bioenergetica estudia los procesos de utilización almacenamiento y transformación de la energía...

BIOENERGETICA• Estudia los procesos de

utilización almacenamiento y transformación de la energía por los organismos vivos, es decir como convierten una forma de energía en otra.

Utilización de la energía para producir trabajo biologico

BALANCE ENERGETICO

Depende del ingreso y consumo del alimento para realizar trabajo,

Se pierde como calor debido a las metabolismo de los nutrientes

(oxidacion por la digestión de los alimentos) y por el trabajo mecánico

(movimiento).La otra parte es por la excreción de

heces, orina y sudor.

Obtención de energía

COMO SE GENERA LA ENERGIA útil para trabajo celular

Transformación de la energía

Azucares, lípidos y carbohidratos , liberan energía química para cubrir la demanda energética de los organismos, lo cual les pwermite hacer metabolismo, trabajo mecánico, regulación termica, etc.

Importancia de la termodinámica:• Relaciona las diversas formas de energía y como

puede afectar a la materia a nivel macroscópico, sólo es aplicable a sistemas cerrados como las máquinas (sólo intercambian energía con el entorno.

Leyes:1ra. Conservación 2da. Transformación de la energía3ra. En el universo todo tiende al equilibrio.

Materia 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

• Clases de Energía: • mecánica, eléctrica,• potencial, química, • Calorífica, lumínica etc.

TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGIA• Potencial en cinética,• Eléctrica en mecánica,• Química en térmica,• Iónica en eléctrica: movimiento de iones a través

de la membrana,• Radiante en química: formación de almidón a

partir de CO2 + H2O+ luz solar y

• Energía de reserva en energía libre.

Energía y UniversoSistema: • La parte del universo bajo estudio• Espacio físico o porción de materia contenida

dentro de un límite o frontera• Ej. una célula, una máquina

Entorno:• Región fuera del límite o frontera • El sistema intercambia materia o energía con él

Clases de sistemas: abiertos y cerrados

SISTEMA Y ENTORNO

Solo intercambia energía

Intercambia materia y energía

No hay intercambio

• Los sistemas tienden al equilibrio cuando:

• Se alcanza el contenido mínimo de energía en un sistema,

• En reacciones químicas, los reactantes se convierten en productos y viceversa, tienden al equilibrio.

REACTANTES PRODUCTOS (2H + O = agua)

Glucógeno Glucosas libres

• Los aminoácidos en proteínas, los ácidos grasos en mono, di y triacil gliceroles, los monosacáridos en oligosacáridos y polisacáridos.

Equilibrio de las reacciones

• Se establece cuando las velocidades de las reacciones directa e inversa son iguales

A + B = C + D Reacción directa

CatabolismoReacción inversa

A la derecha (exergónica)

A la izquierda: endergónica

Anabolismo

Equilibrio químico• Las dos reacciones ocurren a igual velocidad

K1 [A][B] = K2 [C][D]

• Por tanto: en equilibrio hay una proporción predecible entre la concentración de productos y reactantes

K1 / K2 = [C][D] / [A][B]

Cálculo de la Keq

• No predice la velocidad a la que ocurre una reacción, únicamente indica si es favorable o desfavorable energéticamente,

Se Calcula:• Dividiendo la concentración de los productos entre la

concentración de los reactantes: • Keq = Productos/Reactantes

Keq = [C] [D] Si C=3 y D= 2 3X2= 6 [A] [B] A=4 y B= 3 4 X3=12

Se interpreta como una reacción exergónica, con una Keq mayor que 1 y cambio de energía libre neg. (desfavorable

Valores de la Keq

• Keq > 1 concentración de reactantes predomina sobre los productos, reacción energéticamente, favorecida ocurre a la derecha (directa),

• Keq < 1 concentración de productos predomina sobre los reactamtes. La reacción ocurre hacia la izquierda (inversa) reaccíon desfavorable energéticamente

• Keq = 1 la concentración de reactivos es

igual a concentración de productos. Keq: nunca puede ser = 0 mientras haya vida.

• En reacciones químicas, se aplica el principio de que los sistemas tienden a minimizar su energía potencial, a alcanzar un mínimo de energía y un máximo de desorden (S),

• Considera la entropía (S) otra variable que condiciona la espontaneidad de una reacción química,

• S depende de varios factores: número de partículas, estado físico de la materia (estado gaseoso, mayor entropía).

Bioenergética y reaciones químicas

Proceso espontáneo y Proceso que requiere energía

Energía libre• Es la energía disponible para trabajo celular

• La relación entre la energía y el desorden puede explicarse a partir de la ecuación:

G = H - T S H = cambio en entalpía (cambio de calor entre los reactivos y productos de la reacción) • S = cambio en entropía (cambio en el desorden de

los reactivos y productos) • T = temperatura en ºKelvin

Variación de G (energía)• G determina el carácter espontáneo de una reacción

química, • En procesos espontáneos G del sistema disminuye, el

valor final de G es menor que el inicial y, por tanto, G es negativa, puede ser a causa de:

a. una baja del contenido energético H (H<0), b. un aumento del desorden (S>0) o ambos

Energía Libre Estándar ΔGº

• Es la energía no útil para trabajo celular, es el cambio de energía calculada en un calorímetro por

combustión de 1 mol. de glucosa, bajo condiciones estándar de:

– Temperatura = 25 °C – Presión = 1 atmósfera– Concentración = 1 M – pH = 7Permite predecir si existe equilibrio entre reactantes y

productos de una reacción.

Procesos exergónicos y endergónicos

• La absorción o liberación de energía, en un sistema, 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,

• Sistemas que no intercambian energia con el entorno G = 0

• Reacción exergónica– Reacción química que es espontánea– Libera energía al entorno– Su Keq es > 1– Su Gº < 1 (negativa)G es negativa (pierde energía el sistema)

• Reacción endergónica– Reacción química que ocurre cuesta arriba– Necesita energía para ocurrir – Su Keq es < 1– Su Gº > 1 (positiva)G es positiva (gana energía el sistema_Es inversa, de productos a formaciòn de reactantes

Reacciones exergónicas y endergónicas

METABOLISMO• 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

METABOLISMO• Ruta metabólica: secuencia de reacciones que tienen un

propósito particular,

• Metabolitos: compuestos formados como intermediarios en el metabolismo.

• Metabolismo Intermediario: reacciones que se llevan a cabo en la célula y que implican procesos de degradación y síntesis que generan productos intermediarios en cada etapa de reacción.

CATABOLISMO yANABOLISMO

• Rutas metabólicas de degradación Y síntesis de macro moléculas (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 llamadas

reacciones acopladas.

Mecanismos para el intercambio de Energia en los

Sistemas Vivos• Transferencia del grupo fosforilo ATP-

ADP Cada fosforilacion o desfosforilación

intercambian 7.3Kcal/mol.

• Reacciones Redox

• Pares Redox: NADP+/NADPH, NAD+/NADH, FAD+/ FADH2

Reacciones de óxido-reducción

• Son las reacciones que implican cambios en el estado electrónico de los reactantes.

• Estos cambios se acompañan de ganancia o pérdida de electrones, que son formas de energía potencial.

Fe° Fe2+Oxidación

Reducción

Utilización de la energía en:– Reacciones de biosíntesis – Transferencia de energía en reacciones

endergónicas

• Se reoxidan de nuevo, originando un ciclo de oxidación/reducción

Dudas