Bioenergética

Facultad de Ciencias Veterinarias

“José Benjamin Burela”

U.A.G.R.M.

Fisiología Veterinaria II

Dra. Rosa M. Teruya Burela

2013

Introducción

• Para realizar una introducción al estudio de la Bioenergética es necesario hacer un análisis del concepto de energía y la forma como los diferentes organismos la obtienen para el desarrollo de su vida.

• Energía es la capacidad de realizar trabajos, fuerzas, movimientos. No se puede ver, sólo se ven sus efectos.

• No se la puede crear ni destruir y sólo se transforma en otra forma de energía.

Introducción • Existe esencialmente dos formas de

energía: potencial y cinética.• La energía potencial es la que contiene un

cuerpo: la energía del cuerpo, del vapor, el agua y etc.

• La energía cinética es la que posee un cuerpo en movimiento: el agua al caer, el aire en movimiento, etc.

• Otras clasificaciones: energía térmica, química mecánica, eléctrica, solar, magnética, etc.

Energía renovable: eólica, mareomotriz, hidraúlica, solar y biomasa(bosque)

Introducción

• Existen organismos que son denominados fotótrofos o autótrofos, los cuales mediante la fotosíntesis transforman la energía solar que llega a la tierra en otros tipos de energía.

• Entre estas formas de energía está la de tipo química principalmente y la utilizan para sintetizar sus propios componentes orgánicos como por ejemplo hidratos de carbono, proteínas, ácidos nucleícos, etc.

Introducción • Esta síntesis la realizan los autótrofos a

partir de sustancias inorgánicas muy simples del medio como: agua, dióxido de carbono, nitrógeno, compuestos fosforados y otros.

• El resto de los organismos son heterótrofos, los cuales dependen del alimento orgánico formado por otros seres vivos; debido a la incapacidad para realizar la síntesis de sus propios nutrientes.

Fotosíntesis

Introducción

• Los heterótrofos utilizan parte de estos nutrientes para formar constituyentes de su organismo y otra parte se degradan para obtener energía que utiliza para la realización de las funciones biológicas.

• A estos organismos también se los llama quimiótrofos, es decir que utilizan la energía química contenidas en las moléculas sintetizadas por los organismos autótrofos.

Introducción • El ejemplo siguiente es para graficar lo antes

mencionado: • La glucosa es sintetizada por organismos

autótrofos a partir de CO2, H2O y luz solar. • La reacción endergónica de la fotosíntesis se

puede expresar a través de la siguiente ecuación:

• 6 moles CO2 + 6 moles H2O + 686 Kcal. =

1 mol C6 H12 O6 + 6 moles de O2.

Energía eléctrica

Introducción

• La glucosa ahora ha incorporado 686 Kcal. por mol.

• Estas calorías podrán ser aprovechadas por organismos capaces de degradar y utilizar la energía que se libera durante la realización de cualquier tipo trabajo ya sea mecánico, químico u osmótico (esta reacción es exergónica) .

Introducción • Las reacciones exergónicas son aquellas

que se producen espontáneamente y liberan energía al medio produciendo un cambio de entalpía de valor negativo.

• Lo anteriormente dicho queda demostrado mediante la siguiente ecuación:

• 1mol de C6 H12 O6 + 6 moles de O2 = 6 moles de CO2 + 6 moles de H2O + 686 Kcal

Introducción

• El trabajo biológico puede tener tres formas:

• 1.- El trabajo mecánico como por ejemplo de la contracción muscular.

• 2.- El trabajo químico que implica la síntesis de las moléculas celulares.

• 3.- El trabajo osmótico, el transporte que concentra varias sustancias en los líquidos intra y extracelulares.

Introducción • Bioenergética es la parte de la biología

relacionada con la física, que se encarga del estudio de los procesos mediante los cuales las células vivas utilizan, almacenan y liberan energía.

• Estudia los procesos de la absorción, transformación y empleo de energía por las células en los sistemas biológicos.

• El componente principal de la bioenergética es la transformación de energía, es decir, la conversión de una forma de energía en otra.

Energía eléctrica

Bioenergética • Bioenergética utiliza las ideas básicas que

se relacionan con la Termodinámica, en particular con la Energía Libre, en especial la Energía Libre de Gibbs (disponible y útil para producir trabajo).

• Los cambios en la energía libre de Gibbs nos dan una cuantificación de la factibilidad energética de una reacción química y proveen una predicción de si la reacción podrá suceder o no.

Bioenergética

• La Bioenergética se interesa sólo por los estados energéticos inicial y final de los componentes de una reacción.

• No del mecanismo o del tiempo necesario para que el cambio químico se lleve a cabo

• La bioenergética predice si un proceso es posible.

• La cinética cuantifica qué tan rápido ocurre la reacción.

Metabolismo Energético• El Metabolismo es el conjunto de transformaciones

que experimenta la materia externa desde su absorción o adición al citoplasma, hasta su eliminación del mismo.

• Por ejemplo, las células están compuestas por un complejo sistema de reacciones químicas que generan energía y otras que utilizan energía, esto en general es el metabolismo.

• El Metabolismo comprende dos fases:• El Anabolismo (Síntesis de compuestos orgánicos)• El Catabolismo (Degradación de sustancias

complejas)

Energía no renovable: combustiles fósiles, e.

nuclear

Metabolismo Energético

La determinación de un balance metabólico sirve para calcular las necesidades alimenticias de un animal y en el cálculo hay que tomar en cuenta para la producción de leche, lana, huevos, etc.

Al oxidarse los carbohidratos, proteínas y grasas, liberan energía potencial, poniéndose a disposición del animal para cubrir sus necesidades energéticas (trabajo mecánico, regulación térmica, perdida de calor y otros).

Balance energético

Para hacer un balance energético se comparan los ingresos y salidas de energía:

Energía ingresada.- La energía del alimento es la entrada bruta de energía del organismo.

Los alimentos: Son una fuente de energía Salida de energía.-Se puede expresar como

calor y puede determinarse directamente por medición de la eliminación calórica, incluyendo el calor del vapor de agua de un calorímetro esto se puede dar:

Balance energético

• Calor: ya que se libera por oxidación y una parte aparece como trabajo mecánico.

• Orina: es una causa de pérdida de energía en el organismo en todos los animales.

• Heces: tienen materiales que pueden quemarse

*Eliminación de calor por conducción.

*Eliminación del calor por evaporación de agua, en particular por el sudor

Fuentes de Energía La energía que mueve al mundo viviente

proviene del Sol. La energía solar es capturada por algunos organismos (plantas verdes y ciertos microbios) que la aprovechan directamente.

El resto de los seres vivientes, que no tienen la facultad de utilizar directamente la energía solar de esta manera, dependen de un proceso inverso para funcionar.

UTILIZACION DE ENERGIA SOLAR POR LOS SERES VIVOS

Entrada de energía

• Los alimentos: son una fuente de energía para los heterótrofos.

• Todas las unidades biológicas se alimentan, con la finalidad de proveerse tanto de energía como de materia prima para su crecimiento y desarrollo

• Los alimentos pueden agruparse en tres grandes grupos: Carbohidratos, Proteínas y Grasas.

Alimentos

Grupo alimenticio

Unidad metabolizada

Transformación convergente

Carbohidratos Glucosa ENERGÍA en ATP

Lípidos (Grasas) Ácidos grasos ENERGÍA en ATP

Proteínas Aminoácidos ENERGÍA en ATP

TIPOS DE ENERGÍA

• Energía bruta.- Es la energía calórica total contenida en la ración

• Energía digestible.- Es la cantidad de energía que queda después de la digestión.

• Energía metabolizable.- Es la energía que queda después de restar las pérdidas de energía por las heces, orina y gases de fermentación.

Tipos de energía

• Energía neta.- Es la diferencia existente, entre la energía metabolizable y las pérdidas energéticas en forma de calor.

• Energía libre.- Constituye la energía disponible para la producción de trabajo o aumento de peso mediante formación de crías, grasa,carne, leche, huevos, etc.

Depósitos de reserva energética en los diferentes compuestos

• Hidratos de Carbono: La forma de reserva de los hidratos de

carbono es a través del glucógeno en el hígado y los músculos.

• Lípidos o grasas: Constituyen un componente energético

fundamental de reserva energética se hace en forma de triglicéridos en el tejido muscular.

Proteína • No conforman una reserva energética específica en

el organismo, para ello las mismas deben oxidarse para formar energía (auto-digestión muscular), debido a que ellas aportan más a la plástica que a la formación de energía.

• La cantidad de calor liberada es por termino medio de 4.1 kcal. para un gramo de carbohidratos y de 9.3 kcal. para un gramo de grasa.

• Salida de energía: Se puede expresar, como calor y puede determinarse por la medición de la eliminación calórica.

Regulación de la termogénesis

La cantidad del calor generado en el organismo depende de los factores ambientales como también del estado de actividad o reposo.

• Regulación de las Pérdidas calóricas:

La eliminación del calor por el organismo, es un proceso de vital importancia, debido a la continua producción de calor en los tejidos.

Unidades calóricas La unidad de calor es la caloría (cal.) que

es la cantidad de calor requerida para elevar 1 grado centígrado, la temperatura de 1 ml de agua.

La kilocaloría (kcal.) es igual a 1000 calorías.

• Valores calóricos.- Cuando se oxidan en el organismo de

carbohidratos y las grasas, suministran los mismos productores finales (dióxido de carbono y agua).

Temperatura corporal

El equilibrio térmico del organismo implica una minuciosa regulación de la génesis y eliminación de calor bajo la influencia de los centros del hipotálamo.

• Estos centros son excitados por:• Estímulos procedentes de los receptores

cutáneos del calor y frío.• Estímulos de los termos-receptores de los

tejidos.• Variaciones de la temperatura de la sangre

actúan sobre los termos-receptores del hipotálamo la cual influye en la eliminación del calor.

Temperatura Ambiente

• La temperatura neutra de un animal alcanza valores mínimos esta entre 15Cº y 25 Cº (mono y rumiantes )

• En el ejercicio de los animales aumenta su metabolismo basal y en el sueño disminuye en un 10%.

Como medir la temperatura de los animales

Trastornos de la termorregulación

• El trastorno más importante del equilibrio térmico, es la fiebre que obedece a una modificación funcional del centro termo-regulador ubicado en el hipotálamo.

• La elevación de la temperatura corporal es el síntoma principal de la mayoría de las enfermedades infecciosas.

Otros tipos de trastornos o alteraciones

son:• Hipotermia: Descenso de la temperatura

corporal. • Hipertermia: Elevación de la temperatura

corporal.

Según el curso febril se distingue distintas clases de fiebre:

• Fiebre continua.- La temperatura corporal se mantiene elevada durante un largo periodo de tiempo con oscilaciones días de hasta 1º C.

• Fiebre Remitente.- Aquí la cuantía del aumento térmico es variable, alternando en la curva térmica las elevaciones más acusadas

Según el curso febril

• Fiebre atípica.- el nivel de la hipotermia está sometido de fluctuaciones muy acusadas, que no corresponden a una ley determinada.

Fiebre recurrente.- en el que se alternan largos periodos febriles con pausas también muy prolongadas de temperatura corporal normal.

Variación de la temperatura corporal de los animales domésticos

La temperatura se suele determinar en el recto o la vagina. La temperatura corporal normal depende de diferentes factores como ser:

• Hora del día.- En la noche es mínima pero en la tarde alcanza su punto máximo.

• Edad.- Los animales jóvenes tienen mayor temperatura que los adultos y esta va disminuyendo mientras pasan los años.

• Sexo.- Las hembras tienen mayor temperatura que los machos especialmente en la etapa del estro.

• Trabajo corporal.- El trabajo muscular intenso aumenta la temperatura a 1º C

Temperatura orgánica:

Animales Temperatura- oscilaciones en C°

Limites C°

Caballo Semental 37,2 – 37,6 38,1

Yegua 37,3 – 37,8 38,2

Asno 36,4 – 37,4 38,4

Gallina 40,6 – 47,1 43.0

Vaca Cárnica 36,7 – 38,3 39,1

Vaca Lechera 38,0 – 38,6 39,9

Temperaturas orgánica

Animales TemperaturaOscilaciones en C°

Limites C°

Oveja 38,3 – 39,1 39,3

Cabra 38,5 – 39,1 39,7

Cerdo 38,7 – 39,2 39,8

Perro 37,9 – 38,9 39,9

Gato 38,1 – 38,6 39,2

Conejo 38,4 – 39,5 40,1

Temperaturas corporales normales

Animal Temperatura normal °C

Animal Temperatura normal °C

Vaca 38.5 Ternero 39.5

Búfalo 38.2 Cabra 39.5

Oveja 39.0 Camello 34.5 - 41.0

Llama, alpaca

38.0 Caballo 38.0

Asno 38.2 Cerdo 39.0

Gallina 42.0 Lechón 39.8

Significado • endergónico, -a• I. De endo- + gr. ergon = energía. (Adjetivo, -a). Dícese de aquellos

procesos químicos que requieren aporte de energía para poderse realizar.

• exergónico, -a• I. Del gr. ex- + ergon = obra, energía + -ico. (Adjetivo, -a). Dícese de

la reacción química que libera energía. http://html.rincondelvago.com/procesos-biologicos.html

• Entalpía (del griego ἐνθάλπω [enthálpō], "agregar calor"; formado por ἐν [en], "en" y θάλπω [thálpō], "calentar") es una magnitud termodinámica. Expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico es decir, la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno. http://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADa

¡¡ GRACIAS!!

Energía eléctrica

Energía renovable: mareomotriz, hidraúlica, eólica, solar y biomasa(bosque)

Energía no renovable.- combustiles fósiles, e. nuclear

Ciclo del N.

fotosíntesis

Ciclo autótrofo

http://bioma.blogspot.es/