bioenergética€¦ · bioenergética es la rama de la bioquímica que se dedica al estudio de las...
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Bioenergética
Principios
Ejercicio
Bioenergética
Objetivo
Entender los mecanismos por los cuales la
energía puede obtenerse, ya sea por la
oxidación de substratos, por absorción de la
luz para llevar a cabo la síntesis de ATP, o
para la acumulación de iones a través de la
membrana.
Bioenergética
Es la rama de la bioquímica que se dedica al
estudio de las reacciones que involucran cambios
de energía.
1950’s ¿Cómo ocurría la síntesis de ATP ya sea por
la oxidación de los sustratos o por las reacciones
dependientes de la luz?
Teoría QUIMIOSMÓTICA (1965-1980), surge la
membrana como un componente esencial en los
procesos de transducción o conversión de energía.
Las transformaciones energéticas en los organismos
vivos siguen las leyes de la termodinámica
El flujo de
agua en la
cascada es
irreversible
Leyes de la termodinámica
1ª Ley de la Termodinámica, conocida como "Ley de conservación de la energía" y que establece que hay cierta magnitud llamada "energía", la cual no varía con los múltiples cambios que ocurren en la naturaleza.
2ª Ley de la Termodinámica, la cual establece, que existe otra magnitud llamada "entropía", que permanece constante en algunas transformaciones y que aumenta en otras, sin disminuir jamás. Aquellas trasformaciones en las cuales la entropía aumenta, se denominan "procesos irreversibles".
Energía libre
Las reacciones químicas son influenciadas
por 2 fuerzas: la tendencia para lograr el
enlace más estable (entalpía, H) y la
tendencia para lograr el mayor desorden,
expresada como entropía (S).
La fuerza neta de la reacción es el G
Energía libre de Gibbs
Es la energía que
se encuentra
disponible en un
sistema para
realizar trabajo.
Difícil de medir
pero…
se puede estimar el cambio en
la energía libre del sistema:
G= H-TS
A + B C + D
Por ejemplo, en las reacciones químicas hay una gran energía de cambio cuando los reactantes son convertidos a productos.
Y cuando están en equilibrio, no hay energía libre disponible para realizar trabajo.
El desplazamiento de una molécula del equilibrio define su capacidad de realizar trabajo.
Una reacción puede tener lugar espontáneamente sólo si G, es negativo.
Glucosa (C6H12O6) 6CO2 + 6H2O ~ 30-36 ATP
Gráfica de energía libre de una
reacción
Energía libre de Gibbs y la constante
de equilibrio
G= Gº + RT ln [C][D]
[A][B]
Entonces la G depende de la naturaleza de los reactantes y
también de sus concentraciones
R=1987 calmol-1K-1
Energía libre estándar vs energía libre
La energía libre estándar (Gº) se presenta en
reacciones a temperatura estándar T=25C
(298°K), pH=7.0 y 1M de sustratos y productos.
Datos que para muchas reacciones se encuentran
en tablas.
G= Gº + RT ln K
En el equilibrio K=Keq y G=0
Gº=-RTlnKeq
Efecto de la concentración de reactantes (Ay B) y los productos
(C y D) sobre la espontaneidad de una reacción química (Keq=5)
Cociente de
reactantes y
productos:
[A][B]/[C][D]
G=G° + RTln
[C][D]/[A][B]
Características de la
reacción
100/1 Negativo
(-3.7 Kcal/mol)
Espontánea
1/1 Negativo
(-0.96 Kcal/mol)
Espontánea
1/5 Cero
(0.0 Kcal/mol)
En equilibrio
1/100 Positivo
(+1.78 Kcal/mol)
No espontánea
Respiración
Moléculas de
combustible
O2
CO2 + H2O
ATP
ADP + Pi
Biosíntesis Trabajo
mecánico Transporte
ATP es la principal fuente de energía de los seres vivos. El ATP alimenta casi todas las actividades celulares, entre ellas el movimiento muscular, la síntesis de proteínas, la división celular y la transmisión de señales nerviosas.
Trifosfato de adenosina (ATP)
Carga neta -4
El ATP es un compuesto de alta energía
e inestable
a. La repulsión
electrostática entre
las cargas negativas
de los grupos
fosfato del ATP
favorecen su
hidrólisis.
b. Los productos de
su hidrólisis, el ADP
y el Pi se solvatan
más que el ATP, por
lo que se estabilizan
más.
c. Los productos
tienen más formas de
resonancia que el
ATP.
PEP presenta el más
alto valor de energético
en la célula
ATP un valor
intermedio
Reacciones de transferencia de fosforilo
El ATP puede ceder su grupo fosforilo.
Formación de ATP
1. Fosforilación a nivel de sustrato.
2. Reacción de la adenilato ciclasa
El ADP es usado para fosforilación a nivel de sustrato o por la fosforilación
oxidativa para la formación de ATP.
3. Fosforilación oxidativa o fotofosforilación.
En ambos se genera un gradiente de concentración
de protones a través de la membrana.
La descarga de ese gradiente se encuentra acoplada
enzimáticamente a la formación de ATP a partir de ADP y
Pi (en el proceso inverso de la hidrólisis de ATP).
En el metabolismo oxidativo, este proceso se
denomina fosforilación oxidativa, mientras que en la
fotosíntesis se denomina fotofosforilación.
