Bio-energética

• Los microorganimos requieren ENERGIA para realizar su actividades bioquímicas, desplazarse, síntesis de compuestos, multiplicarse

• Según obtengan la energía, los microorganismos se puede clasificar en fototrofos, quimioorganotrofos y quimiolitotrofos

Energía

• La energía se define como la capacidad de realizar un trabajo (bioquímica: sintetizar un compuesto).

• Energía libre (G): energía disponible o utilizable para realizar un trabajo o síntesis. En los compuestos se considera la energía potencial disponible en los enlaces químicos.

Energía libre

• Cuando un compuesto se sintetiza, parte de la energía empleada en sus síntesis se almacena en los enlaces

• En la reacciones parte de la energía es liberada en forma de calor

• Se puede calcular el cambio de energía libre en una reacción (∆G)

Energía libre de formación

• Unidades kJ/mol= kJ mol-1

• Condiciones estándar: 25ºC, pH 7, 1 Atm, concentración inicial de los reactivos de 1 M

Energía libre de formación

Compuesto ∆Gº’ (kJ/mol)

H2O -237.2

CO2 -394.4

H2 0

O2 0

NH4+ -79.4

N2O +104.2

Acetato (C2H3O2-) -369.4

Glucosa (C6H12O6) -917.3

Metano (CH4) -50.8

Metanol (CH3OH) -175.4

∆Gº’ de una reacción

• En la reacción: A + B → C + D• Se calcula ΣGº’ de reactivos (A, B) y ΣGº’ productos (C,D)• ∆Gº’= ΣGº’ productos - ΣGº’ de reactivos

• Si ∆Gº’= -, la reacción libera energía, exotérmica, espontánea, termodinámicamente es viable

• Si ∆Gº’= +, la reacción consume energía, endotérmica, NO-espontánea, termodinámicamente no es viable

•En la reacción: H2S + 2O2 → SO42- + 2H+

•∆Gº’= [2(-39.83)+(-744.6)] – [(-27.87)+2(-0)] = -796.39 kJ/mol

Reacciones redox

• Oxidación: una sustancia pierde electrones (e-)

• Reducción: una sustancia gana e-

• Las reacciones están acopladas de tal manera que los electrones pasan de la sustancia que se oxida a aquella que se reduce.

• En las reacciones bioquímicas hay reacciones redox, la transferencia de e- es un mecanismo empleado por los microorganismos para obtener energía. Estos electrones son almacenados temporalmente es nucleótidos NADH, NADPH2 y a partir de ellos sintetizar ATP

Potencial de reducción

• Las sustancias varian en su capacidad o tendencia para oxidarse o reducirse

• Esto se mide a través del potencial de reducción (por convenio, se expresa la tendencia a reducirse)

• Se mide en voltios con respecto al potencial de H2

• Se expresan las reacciones parciales, sustancia oxidad + e- = sustancia reducida

• Si en la reacción hay H+, la reacción es afectada por el pH del medio. En biología se trabaja con pH 7

• 0.5O2+2H++2e- = H2O (+0.816 V)

• 2H+ + 2e- = H2 (-0.421 V)

• Las sustancias son donadoras o receptoras de e-, depende de quien reaccione con ellas.

• El valor de Eo’ de las sustancia reducida más negativo es quien cede e-s, en el caso del agua

• H2 cede 2 e-, la reacción que ocurre es H2 = 2H+ + 2 e-• La otra sustancia con Eo’ mas positivo, recibe/acepta los e-s (y se

reduce): 0.5O2+2H++2e- = H2O • Y se forma agua

∆Go’= -nF ∆Eo’

Donde,n= número de e-F= constante de Faraday (96.48 kJ /V)∆ Eo’= diferencia en el potencial de reducción (V)

La energía liberada en la reacciones redoxEs proporcional al número de e-s que se transfierenY ala diferencia de potencial de reducción Eo’ entrelas reacciones medias de los componentes

p.e., para el caso del agua, tenemos:

2H+ + 2e- → H2 (Eo’= -0.41 V)

0.5O2 + 2e- → H2O (Eo’= +0.82 V)

∆ Eo’= +1.23 V