energía fabrizio marcillo morla mba [email protected] (593-9) 4194239
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Fabrizio Marcillo Morla Guayaquil, 1966.Guayaquil, 1966.
BSc. Acuicultura. (ESPOL 1991).BSc. Acuicultura. (ESPOL 1991). Magister en Administración de Empresas. (ESPOL, Magister en Administración de Empresas. (ESPOL,
1996).1996). Profesor ESPOL desde el 2001.Profesor ESPOL desde el 2001.
20 años experiencia profesional: 20 años experiencia profesional: Producción.Producción.
Administración.Administración. Finanzas.Finanzas.
Investigación.Investigación. Consultorías.Consultorías.
Otras Publicaciones del mismo autor en Repositorio ESPOL
Bio-enérgetica
Una provisión constante de energia es Una provisión constante de energia es requerida por todos los animales para requerida por todos los animales para mantener la vidamantener la vida
Fuentes: Alimento consumido, productividad Fuentes: Alimento consumido, productividad natural, reservas corporales (tiempos de natural, reservas corporales (tiempos de stress ambiental o ayuno)stress ambiental o ayuno)
Objectives: Cuanta energia es requerida por Objectives: Cuanta energia es requerida por organismos acuaticos, como esta varia de los organismos acuaticos, como esta varia de los terrestres, cuales son sus fuentes, como es terrestres, cuales son sus fuentes, como es particionada la energia para sus varios usosparticionada la energia para sus varios usos
Bio-Energética El catabolismo del alimento esta organizado El catabolismo del alimento esta organizado
en los organismos acuáticos para obtener en los organismos acuáticos para obtener energía quimica para la sintesisenergía quimica para la sintesis (anabolismo) (anabolismo) y otras funciones metabolicasy otras funciones metabolicas
Alimentación, crecimiento y produccion Alimentación, crecimiento y produccion pueden ser descritas por la particion de pueden ser descritas por la particion de energiaenergia
El resultado final de la particion de energia es El resultado final de la particion de energia es la energia disponible para el crecimientola energia disponible para el crecimiento
Esta determinada por el balance entre el Esta determinada por el balance entre el anabolismo y el catabolismoanabolismo y el catabolismo
Bio-Energética
Energética: es el estudio de los Energética: es el estudio de los requerimientos energéticos y los flujos de requerimientos energéticos y los flujos de energía dentro de los sistemasenergía dentro de los sistemas
Bio-Energética: es el estudio en los animales Bio-Energética: es el estudio en los animales del balance entre la energía ingerida en del balance entre la energía ingerida en forma de alimento y la utilización de energia forma de alimento y la utilización de energia para procesos de manutención de la vidapara procesos de manutención de la vida
Que procesos?: síntesis de tejidos, Que procesos?: síntesis de tejidos, osmoregulacion, digestión, respiración, osmoregulacion, digestión, respiración, reproducción, locomoción, etc.reproducción, locomoción, etc.
Intercambio de Energía en Sistemas Biológicos
Primera ley de la termodinámica: conservación de la Primera ley de la termodinámica: conservación de la energía: energía total (E), de un sistema permanece energía: energía total (E), de un sistema permanece constante a no ser que haya un ingreso de energía.constante a no ser que haya un ingreso de energía.
Permanece igual, pero puede ser transferida de un Permanece igual, pero puede ser transferida de un lugar a otro, o ser transformada (e.g., energía lugar a otro, o ser transformada (e.g., energía química a calor)química a calor)
Todos los organismos biológicos necesitan energía Todos los organismos biológicos necesitan energía del medio ambiente para sostener sus procesos del medio ambiente para sostener sus procesos vitalesvitales
Los autótrofos obtienen energía del sol o reacciones Los autótrofos obtienen energía del sol o reacciones inorgánicas, heterótrofos al romper moléculas inorgánicas, heterótrofos al romper moléculas orgánicas obtenidas del medio externo.orgánicas obtenidas del medio externo.
Intercambio de Energía en Sistemas Biológicos
La fuente original de energía es el solLa fuente original de energía es el sol La energía del sol es transformada por la fotosíntesis La energía del sol es transformada por la fotosíntesis
para la producción de glucosapara la producción de glucosa La glucosa es la fuente de la cual las plantas La glucosa es la fuente de la cual las plantas
sintetizan otros compuestos orgánicos como sintetizan otros compuestos orgánicos como carbohidratos, proteínas y lípidoscarbohidratos, proteínas y lípidos
Los animales deben obtener su energía de los Los animales deben obtener su energía de los enlaces químicos de las moléculas complejasenlaces químicos de las moléculas complejas
Como lo hacen? Oxidan estos enlaces a estados de Como lo hacen? Oxidan estos enlaces a estados de menor energía usando oxigeno del airemenor energía usando oxigeno del aire
Truco: algunos enlaces tienen mas energía que Truco: algunos enlaces tienen mas energía que otrosotros
Molécula de Glicógeno
Principal forma de almacenamiento de energía de COH
Molécula de Lípido
Otra fuente principal de almacenamiento
Unidades de Energía La unidad básica de energía es la caloría La unidad básica de energía es la caloría
(cal)(cal) Es la cantidad de energía calórica necesaria Es la cantidad de energía calórica necesaria
para subir la temperatura de 1g de agua 1 para subir la temperatura de 1g de agua 1 grado Celsius (de 14.5 a 15.5oC)grado Celsius (de 14.5 a 15.5oC)
Es una unidad tan pequeña que la mayoría Es una unidad tan pequeña que la mayoría de los nutricionistas prefieren usar la de los nutricionistas prefieren usar la kilocaloría (kcal o 1,000 calorías)kilocaloría (kcal o 1,000 calorías)
La kcal es mas común (es lo que lees en las La kcal es mas común (es lo que lees en las etiquetas del supermercado como Calorías)etiquetas del supermercado como Calorías)
Unidades de Energía
BTU (British Thermal Unit) = Cantidad de BTU (British Thermal Unit) = Cantidad de energía requerida para subir a 1 lb de agua energía requerida para subir a 1 lb de agua 1oF1oF
Unidad internacional : El joule - 1.0 joule = Unidad internacional : El joule - 1.0 joule = 0.239 calorías o 1 caloría = 4.184 joule0.239 calorías o 1 caloría = 4.184 joule
Un joule (J) es la energía requerida para Un joule (J) es la energía requerida para acelerar una masa de 1kg a una velocidad de acelerar una masa de 1kg a una velocidad de 1m/seg una distancia de 1m1m/seg una distancia de 1m
Esquema de Partición de EnergíaEnergía Ingerida, IE
Energía Digerible, DE
Energía Fecal, FE
Energía Metabolizable, ME
Perdidas por desecho:
Energía Urinaria, UE
Energía branquial, ZE
Energía Superficial, SE
Energía Neta, NE
Energía Retenida, RE
Producción de Calor Total, HE
-Metabolismo Basal, HeE
-Actividad Voluntaria, HjE
-Formación de Productos, HrE
-Digestión/Absor, HdE
-Acción dinámica especifica, HiE
-Fermentación, HfE
-Regulación térmica, HcE
-Formación de desechos y Excreción, HwE
Términos de Energía
Energía Bruta (GE): energía liberada como Energía Bruta (GE): energía liberada como calor por combustión (kcal/g)calor por combustión (kcal/g)
Energía Ingerida (IE): Energía consumida en Energía Ingerida (IE): Energía consumida en alimento (COH, lípidos, proteína)alimento (COH, lípidos, proteína)
Energía Fecal (FE): Energía bruta de heces Energía Fecal (FE): Energía bruta de heces (alimento no digerido, productos metabólicos, (alimento no digerido, productos metabólicos, células epiteliales intestinales, enzimas células epiteliales intestinales, enzimas digestivas, productos excretorios)digestivas, productos excretorios)
Energía Digerible (DE): IE-FEEnergía Digerible (DE): IE-FE
Términos de Energía Energía Metabolizable (ME): Energía en el alimento Energía Metabolizable (ME): Energía en el alimento
menos las perdidas en heces, orina, superficie y menos las perdidas en heces, orina, superficie y excreción branquial:excreción branquial:
ME = IE - (FE + UE + ZE + SE)ME = IE - (FE + UE + ZE + SE) Energía urinaria (UE): Pérdida total de energía por Energía urinaria (UE): Pérdida total de energía por
productos urinarios de compuestos ingeridos no productos urinarios de compuestos ingeridos no usados y poductos metabólicosusados y poductos metabólicos
Energía de excreción branquial (ZE): Pérdida total de Energía de excreción branquial (ZE): Pérdida total de energía en productos excretados a travez de las energía en productos excretados a travez de las branquias (pulmones en mamíferos terrestres), alta en branquias (pulmones en mamíferos terrestres), alta en pecespeces
Energía Superficial (SE): Energía perdida por muda de Energía Superficial (SE): Energía perdida por muda de exoesqueleto, escamas o mucusexoesqueleto, escamas o mucus
Términos de Energía Producción total de Calor (HE): energía Producción total de Calor (HE): energía
generada en forma de calor, alguna perdidagenerada en forma de calor, alguna perdida Fuente de calor es el metabolismo, entonces, Fuente de calor es el metabolismo, entonces,
HE es un estimado del ritmo metabólicoHE es un estimado del ritmo metabólico Medido como cambio en temperatura Medido como cambio en temperatura
(calorímeto) o ritmo de consumo de oxigeno(calorímeto) o ritmo de consumo de oxigeno Dividido en un numero de constituyentesDividido en un numero de constituyentes Como se ve en el diagrama de flujo de energía Como se ve en el diagrama de flujo de energía
Esquema de Partición de EnergíaEnergía Ingerida, IE
Energía Digerible, DE
Energía Fecal, FE
Energía Metabolizable, ME
Perdidas por desecho:
Energía Urinaria, UE
Energía branquial, ZE
Energía Superficial, SE
Energía Neta, NE
Energía Retenida, RE
Producción de Calor Total, HE
-Metabolismo Basal, HeE
-Actividad Voluntaria, HjE
-Formación de Productos, HrE
-Digestión/Absor, HdE
-Acción dinámica especifica, HiE
-Fermentación, HfE
-Regulación térmica, HcE
-Formación de desechos y Excreción, HwE
Producción total de Calor Metabolismo Basal (HeE):Metabolismo Basal (HeE): Energía calórica liberada por Energía calórica liberada por
actividad celular, respiración, circulación, etc.actividad celular, respiración, circulación, etc. Actividad Voluntaria (HjE):Actividad Voluntaria (HjE): Calor producido por actividad Calor producido por actividad
muscular (locomoción, mantener posición en agua, etc)muscular (locomoción, mantener posición en agua, etc) Calor de Regulación Térmica (HcE):Calor de Regulación Térmica (HcE): Calor producido Calor producido
para mantener temperatura corporal (sobre zona de para mantener temperatura corporal (sobre zona de neutralidad térmica, bajo en poikilotérmicos)neutralidad térmica, bajo en poikilotérmicos)
Calor de formación de desechos (HwE):Calor de formación de desechos (HwE): Calor asociado Calor asociado con producción de productos de desechocon producción de productos de desecho
Acción Dinámica específica (HiE):Acción Dinámica específica (HiE): aumento en aumento en producción de calor después de consumo de alimento producción de calor después de consumo de alimento (resultado de metabolismo), varia con contenido (resultado de metabolismo), varia con contenido energético de alimento, especialmente proteínaenergético de alimento, especialmente proteína
Utilización de Energía Toma de energía es Toma de energía es
dividida entre todos los dividida entre todos los procesos que la procesos que la requierenrequieren
Magnitud de cada uno Magnitud de cada uno depende de cantidad de depende de cantidad de ingestión y la habilidad ingestión y la habilidad del animal para digerir y del animal para digerir y utilizar dicha energíautilizar dicha energía
Puede variar por modo Puede variar por modo de alimentación: de alimentación: carnívoros vs. carnívoros vs. herbívorosherbívoros
Metabolismo Mínimo Hef Metabolismo mínimo es medido como producción Metabolismo mínimo es medido como producción
de calor en ayuno, Hef o metabolismo estándarde calor en ayuno, Hef o metabolismo estándar Necesario para mantener vidaNecesario para mantener vida Mayoría gastado en metabolismo basal, HeEMayoría gastado en metabolismo basal, HeE Porción menor en actividad voluntariaPorción menor en actividad voluntaria Usado para circulación sanguínea, ventilación Usado para circulación sanguínea, ventilación
pulmonar, reparación y reemplazo de célulaspulmonar, reparación y reemplazo de células Energía liberada en estos procesos aparece Energía liberada en estos procesos aparece
como calorcomo calor Diferentes cantidades en diferentes animales, Diferentes cantidades en diferentes animales,
pero debe ser determinada bajo condiciones pero debe ser determinada bajo condiciones estandarizadasestandarizadas
Metabolismo Mínimo Difícil de medir: animales deben estar sin moverseDifícil de medir: animales deben estar sin moverse Método aceptado: medir consumo de OMétodo aceptado: medir consumo de O22 después de después de
ayuno de 3-7 días (elimina efecto de alimento consumido ayuno de 3-7 días (elimina efecto de alimento consumido y su metabolismo. Cho y Bureau, 1995)y su metabolismo. Cho y Bureau, 1995)
Bureau (1997) sugiere valores de 30-40 kJ por día para Bureau (1997) sugiere valores de 30-40 kJ por día para trucha arco iris a 15-18 trucha arco iris a 15-18 °°C.C.
Esto se compara con valores de 170-590 kJ por día para Esto se compara con valores de 170-590 kJ por día para animales domésticosanimales domésticos
Los bajos valores en peces se atribuyen al ahorro en Los bajos valores en peces se atribuyen al ahorro en regulación térmica, menor actividad en bombeo de Na, regulación térmica, menor actividad en bombeo de Na, modo de vida acuática, flotabilidad neutra y forma de modo de vida acuática, flotabilidad neutra y forma de excreción de nitrógeno (ammoniotelismo)excreción de nitrógeno (ammoniotelismo)
Aunque Hef de pez es comparativamente bajo, la Aunque Hef de pez es comparativamente bajo, la participación de la degradación de la proteína corporal participación de la degradación de la proteína corporal para tales necesidades es 10 veces mayorpara tales necesidades es 10 veces mayor
Efecto de Peso Corporal El metabolismo basal HeE de los animales (kJ/animal/día) El metabolismo basal HeE de los animales (kJ/animal/día)
aumenta con la masa del animalaumenta con la masa del animal Log HeE aumenta linealmente con log de masa corporal Log HeE aumenta linealmente con log de masa corporal
(Blaxter, 1989)(Blaxter, 1989) Pendiente de recta es <1, lo que indica que animales de Pendiente de recta es <1, lo que indica que animales de
menor tamaño gastan mas energía por unidad de masa menor tamaño gastan mas energía por unidad de masa que los mas grandesque los mas grandes
La relación entre peso corporal y ritmo metabólico está La relación entre peso corporal y ritmo metabólico está descrita por descrita por
Y = aWY = aWbb
En donde:En donde: Y = ritmo metabolico, W = peso corporal, a = constante Y = ritmo metabolico, W = peso corporal, a = constante
dependiente de la especie y temperatura, b= exponente escalardependiente de la especie y temperatura, b= exponente escalar Para peces, a varia entre 0.50 y 0.80 (Hepher, 1980)Para peces, a varia entre 0.50 y 0.80 (Hepher, 1980) Dependiendo de la especie, b varia entre 0.25 y 0.75Dependiendo de la especie, b varia entre 0.25 y 0.75
Efecto de Temperatura Al ser los peces poikilotérmicos, la temperatura del Al ser los peces poikilotérmicos, la temperatura del
agua es el factor que mas influencia en el ritmo agua es el factor que mas influencia en el ritmo metabólico y gasto de energíametabólico y gasto de energía
Variación en temperatura del agua tiene gran efecto Variación en temperatura del agua tiene gran efecto en su metabolismo basalen su metabolismo basal
HEf de trucha arco iris como función de la temperatura HEf de trucha arco iris como función de la temperatura ha sido estimado como:ha sido estimado como:
Hef = (-1.04 + 3.26T – 0.05THef = (-1.04 + 3.26T – 0.05T22)/(BW)/(BW0.8240.824)/día)/día Hef es producción de calor en ayuno (kJ), T es Hef es producción de calor en ayuno (kJ), T es
temperatura del agua, y BW es peso corporal (kg)temperatura del agua, y BW es peso corporal (kg) Aumento de temperatura del agua resulta en un Aumento de temperatura del agua resulta en un
aumento casi lineal den HeF hasta un cierto nivel aumento casi lineal den HeF hasta un cierto nivel (cerca de temperatura para crecimiento óptimo)(cerca de temperatura para crecimiento óptimo)
Energía Bruta Contenido energético de una substancia es Contenido energético de una substancia es
tipicamente determinado oxidando tipicamente determinado oxidando (quemando) completamente el compuesto a (quemando) completamente el compuesto a COCO22, agua y otros gases, agua y otros gases
La cantidad de energía liberada es medida y La cantidad de energía liberada es medida y se llama energía brutase llama energía bruta
Energía Bruta (GE) es medida por un aparato Energía Bruta (GE) es medida por un aparato llamado calorímetro de bomballamado calorímetro de bomba
Otros aparatos: cámara de gradiente, Otros aparatos: cámara de gradiente, detector infrarrojodetector infrarrojo
Calorímetro de Bomba
Energía Bruta de Alimentos, Calorímetro de Bomba
Substrato kcal/g
Glucosa 3.77
Maicena 4.21
Lípidos
Grasa Vacuna 9.44
Aceite de Soya 9.28
Caseína 5.84
Energía Bruta de Alimentos
Lípidos tienen alrededor del doble de GE que Lípidos tienen alrededor del doble de GE que carbohidratoscarbohidratos
Esto se debe a diferencias en cantidades Esto se debe a diferencias en cantidades relativas de oxigeno, hidrogeno y carbono en relativas de oxigeno, hidrogeno y carbono en los compuestoslos compuestos
Energía se deriva del calor de combustión de Energía se deriva del calor de combustión de estos elementos: C= 8 kcal/g, H= 34.5, etc.estos elementos: C= 8 kcal/g, H= 34.5, etc.
Típicamente el calor de combustión de los Típicamente el calor de combustión de los lípidos es de 9.45 kcal/g, proteínas 5.45, lípidos es de 9.45 kcal/g, proteínas 5.45, carbohidratos 3.75 (estos se conocen como carbohidratos 3.75 (estos se conocen como valores de combustión filológicos o valores de combustión filológicos o “physiological fuel values” PFV).“physiological fuel values” PFV).
Energía Disponible
Energía Bruta solo representa la energía Energía Bruta solo representa la energía presente en la materia seca (DM)presente en la materia seca (DM)
No es una medida del valor energético para No es una medida del valor energético para el animal que la consumeel animal que la consume
La diferencia entre energía bruta y energía La diferencia entre energía bruta y energía disponible al animal, varia grandemente para disponible al animal, varia grandemente para diferentes componentes y por especie.diferentes componentes y por especie.
El factor clave es saber que tan digerible el El factor clave es saber que tan digerible el alimento es para una especie.alimento es para una especie.
Energía Digerible
La cantidad de energía disponible de un La cantidad de energía disponible de un alimento para un animal es conocida como alimento para un animal es conocida como energía Digerible (DE)energía Digerible (DE)
DE es definida como la diferencia entre la DE es definida como la diferencia entre la energía bruta del alimento consumido (IE) y energía bruta del alimento consumido (IE) y la energía perdida en las heces (FE)la energía perdida en las heces (FE)
En el método directo de determinación, todos En el método directo de determinación, todos los alimentos consumidos y las heces los alimentos consumidos y las heces excretadas son medidosexcretadas son medidos
Apparent Energy Digestibility
IngredientIngredient DE (kcal gDE (kcal g-1-1)) ADE (%)ADE (%)
Blood meal (conv.)Blood meal (conv.) 5.745.74 72.272.2
Blood meal (spray)Blood meal (spray) 5.915.91 75.175.1
CaseinCasein 5.745.74 100.9100.9
Corn glutenCorn gluten 5.675.67 65.465.4
Crab mealCrab meal 2.642.64 80.680.6
Diatom. earthDiatom. earth 0.150.15 80.680.6
Distillers grainsDistillers grains 5.335.33 69.672.769.672.7
Feather mealFeather meal 5.195.19 72.772.7
Fish meal (anchovy)Fish meal (anchovy) 4.774.77 87.387.3
Fish meal (menh.)Fish meal (menh.) 4.424.42 83.383.3
Apparent Energy Digestibility
IngredientIngredient DMEC (kcal gDMEC (kcal g-1-1)) ADE (%)ADE (%)
GelatinGelatin 5.145.14 102.2102.2
Krill mealKrill meal 5.195.19 80.680.6
Krill flourKrill flour 5.475.47 87.287.2
Poultry byproductPoultry byproduct 4.944.94 82.182.1
Soybean meal Soybean meal (48%)(48%)
4.424.42 85.685.6
Soybean meal (full Soybean meal (full fat)fat)
5.565.56 80.880.8
Squid muscle mealSquid muscle meal 5.635.63 81.881.8
Squid liver mealSquid liver meal 5.335.33 74.074.0
Wheat glutenWheat gluten 5.655.65 99.599.5
Wheat starchWheat starch 4.174.17 98.998.9
Energía Metabolizable Esta es una distinción aun mas detallada de Esta es una distinción aun mas detallada de
disponibilidad de energíadisponibilidad de energía Representa la DE menos la energía perdida a Representa la DE menos la energía perdida a
través de las branquias y desechos urinariostravés de las branquias y desechos urinarios Mucho mas dificil de determinarMucho mas dificil de determinar Debe recolectar todos los desechos urinarios Debe recolectar todos los desechos urinarios
mientras el pez esta en el agua!!!mientras el pez esta en el agua!!!
%ME = -------------------------------------------------------------- x 100Energía Ingerida - (E perdida en heces, orina, branquias, superficie)
Energía Alimento
Energía Metabolizable
Uso de ME vs DE permite una evaluación mas Uso de ME vs DE permite una evaluación mas absoluta de la energía dietética metabolizada por los absoluta de la energía dietética metabolizada por los tejidostejidos
Sin embargo, ME ofrece poca ventaja sobre DE Sin embargo, ME ofrece poca ventaja sobre DE porque la mayoría de la energía es usada para la porque la mayoría de la energía es usada para la digestión en el pezdigestión en el pez
Perdidas de energía en el pez a través de la orina y Perdidas de energía en el pez a través de la orina y las branquias no varía mucho por el tipo de alimentolas branquias no varía mucho por el tipo de alimento
Las pérdidas por energía fecal son mas importantesLas pérdidas por energía fecal son mas importantes Forzar a un pez a comer involuntariamente no es una Forzar a un pez a comer involuntariamente no es una
buena representación del proceso energético realbuena representación del proceso energético real
Balance de Energía en Peces El flujo de energía en peces es similar al de El flujo de energía en peces es similar al de
mamíferos y aves, pero:mamíferos y aves, pero: Peces son mas eficientes en uso de energíaPeces son mas eficientes en uso de energía Perdidas de energía en orina y excreción por Perdidas de energía en orina y excreción por
branquias son menores en peces porque 85% de branquias son menores en peces porque 85% de desechos nitrogenados son excretados como amonio desechos nitrogenados son excretados como amonio (vs. urea en mamíferos y ácido úrico en aves)(vs. urea en mamíferos y ácido úrico en aves)
Incremento de calor como resultado de ingerir Incremento de calor como resultado de ingerir alimento es 3-5% ME en peces vs. 30% en alimento es 3-5% ME en peces vs. 30% en mamíferosmamíferos
Requerimientos de energía de mantenimiento son Requerimientos de energía de mantenimiento son menores porque no regulan temperatura corporalmenores porque no regulan temperatura corporal
Usan menos energía para mantener su posiciónUsan menos energía para mantener su posición
Balance Energía: Postlarvas Camarones
Postlarva Camarón normalmente alimentadas con dieta Postlarva Camarón normalmente alimentadas con dieta alta en proteína (50% CP)alta en proteína (50% CP)
Jimenez-Yan et al. (2006) evaluaron partición de energía en Jimenez-Yan et al. (2006) evaluaron partición de energía en postlarvas de P. vannameipostlarvas de P. vannamei
Alimentaron dos dietas: proteína animal y proteína vegetalAlimentaron dos dietas: proteína animal y proteína vegetal Energía recuperada fue similar en PLEnergía recuperada fue similar en PL14-1914-19; sin embargo, ; sin embargo,
juveniles tempranos discriminaron entre ambos tipos de juveniles tempranos discriminaron entre ambos tipos de proteínaproteína
Mayor incremento de temperatura con proteína animal (O:N Mayor incremento de temperatura con proteína animal (O:N < 20)< 20)
Diferencias mayormente asociada con COH en dieta, no Diferencias mayormente asociada con COH en dieta, no fuente de proteína.fuente de proteína.
Muestra buen potencial para alimentos basados en Muestra buen potencial para alimentos basados en proteína vegetal (e.g., harina de soya, etc.)proteína vegetal (e.g., harina de soya, etc.)
Factores Afectando Partición de Energía
Factores que afectan ritmo metabólico basal Factores que afectan ritmo metabólico basal u otros cambiosu otros cambios
Aquellos afectando RMB son los siguientes:Aquellos afectando RMB son los siguientes: Tamaño Cuerpo: Tamaño Cuerpo: no-linear, y = axno-linear, y = axbb, para la , para la
mayoria de variables fisiológicas, b está en mayoria de variables fisiológicas, b está en el rango entre 0.7 y 0.8el rango entre 0.7 y 0.8
Disponibilidad de oxigeno:Disponibilidad de oxigeno: hay hay conformadores (linear) y no-conformadores conformadores (linear) y no-conformadores (constante hasta el stress)(constante hasta el stress)
O2 Consumption, by Size
(
Factores Afectando Partición Energía
temperatura:temperatura: mayoría especies de acuacultura son mayoría especies de acuacultura son poikilotermicas, efecto significante, aclimatación poikilotermicas, efecto significante, aclimatación requerida, situaciones de acuacultura pueden requerida, situaciones de acuacultura pueden significar rápidos cambios temperaturasignificar rápidos cambios temperatura
osmoregulación:osmoregulación: cambios en salinidad resultan en cambios en salinidad resultan en aumento de consumo de energíaaumento de consumo de energía
stress:stress: incremento en RMB resultado de aumento en incremento en RMB resultado de aumento en niveles de desechos, bajo O.D., hacinamiento, niveles de desechos, bajo O.D., hacinamiento, manipuleo, contaminación, etc. (manifestado por manipuleo, contaminación, etc. (manifestado por hipoglucemia)hipoglucemia)
cíclicos:cíclicos: numerosos procesos animales son ciclicos numerosos procesos animales son ciclicos por naturaleza (e.g., reproducción, migración, muda)por naturaleza (e.g., reproducción, migración, muda)
Factores Afectando Partición Energía
Aquellos que Aquellos que nono afectan RMB son: afectan RMB son: Desarrollo gonadal:Desarrollo gonadal: mayoria de energia mayoria de energia
desviada de crecimiento muscular a oogenesis, desviada de crecimiento muscular a oogenesis, deposito de lipidos, puede representar 30-40% deposito de lipidos, puede representar 30-40% de peso corporal, implicaciones????de peso corporal, implicaciones????
locomoción:locomoción: mayor parte de consumo de mayor parte de consumo de energía, varía con forma corporal, energía, varía con forma corporal, comportamiento y tamaño, acuático vs. comportamiento y tamaño, acuático vs. terrestreterrestre
Frecuencia y Niveles de Alimentación
Cambios en niveles de alimentación Cambios en niveles de alimentación debidos a temperatura o manipulación debidos a temperatura o manipulación humana pueden alterar la cantidad de humana pueden alterar la cantidad de energía total digerida y absorbidaenergía total digerida y absorbida
En mayoría de casos frecuencia de En mayoría de casos frecuencia de alimentación no afecta digestibilidad (pero alimentación no afecta digestibilidad (pero si consumo)si consumo)
Digestibilidad determinada no por Digestibilidad determinada no por frecuencia de alimentación pero por frecuencia de alimentación pero por requerimientos del animal y requerimientos del animal y características químicas de alimentocaracterísticas químicas de alimento
Factores Afectando Producción de Desperdicios Metabólicos
Cantidad de Energía Fecal (FE) producida por Cantidad de Energía Fecal (FE) producida por organismo depende de susceptibilidad de organismo depende de susceptibilidad de ingredientes de alimento de ser digeridos y ingredientes de alimento de ser digeridos y absorbidosabsorbidos
Por lo tanto, digestibilidad de un ingrediente es Por lo tanto, digestibilidad de un ingrediente es mas o menos independiente de otros mas o menos independiente de otros ingredientes en la dietaingredientes en la dieta
LAS REACCIONES CELULARES BÁSICAS`
Todas las células llevan Todas las células llevan a cabo ciertas funciones a cabo ciertas funciones vitales básicas:vitales básicas: Ingestión de nutrientes.Ingestión de nutrientes. Eliminación de Eliminación de
desperdicios.desperdicios. Crecimiento.Crecimiento. Reproducción.Reproducción.
Las células obtienen del Las células obtienen del alimento la energía para alimento la energía para cada una de estas cada una de estas funciones básicas.`funciones básicas.`
Organismos autótrofos y heterótrofos
Los seres vivientes que Los seres vivientes que sintetizan su propio sintetizan su propio alimento se conocen alimento se conocen como como autótrofosautótrofos:: Plantas verdes - solPlantas verdes - sol
Los seres vivientes que Los seres vivientes que no pueden sintetizar su no pueden sintetizar su propio alimento se propio alimento se conocen como conocen como heterótrofosheterótrofos:: AnimalesAnimales
Una vez que el alimento Una vez que el alimento es sintetizado o ingerido, es sintetizado o ingerido, la mayor parte se la mayor parte se degrada para producir la degrada para producir la energíaenergía que necesitan que necesitan las células.las células. Los procesos que ocurren Los procesos que ocurren
en las células son físicos en las células son físicos y químicos.y químicos.
El total de todas las El total de todas las reacciones que ocurren reacciones que ocurren en una célula se conoce en una célula se conoce como como metabolismometabolismo..
Reacciones anabólicas y catabólicas
Las reacciones en que Las reacciones en que sustancias simples se unen sustancias simples se unen para formar sustancias más para formar sustancias más complejas se llaman complejas se llaman reacciones anabólicasreacciones anabólicas.. Síntesis de proteínasSíntesis de proteínas..
Las reacciones en las cuales Las reacciones en las cuales sustancias complejas se sustancias complejas se degradan para convertirse degradan para convertirse en sustancias más simples en sustancias más simples se llaman se llaman reacciones reacciones catabólicascatabólicas.. Degradación de almidón.Degradación de almidón.
Síntesis por deshidratación Las reacciones Las reacciones
anabólicas que anabólicas que comprenden la comprenden la remoción de agua se remoción de agua se conocen como conocen como síntesis por síntesis por deshidratacióndeshidratación:: Se forma una Se forma una
molécula al unir sus molécula al unir sus partes y al perderse partes y al perderse agua en el proceso.agua en el proceso.
Hidrólisis Las reacciones Las reacciones
catabólicas, en las catabólicas, en las cuales se añade cuales se añade agua, se conocen agua, se conocen como hidrólisis.como hidrólisis. Al añadir agua, la Al añadir agua, la
molécula grande se molécula grande se rompe en sus rompe en sus partes.partes.
Reacciones endergónicas y exergónicas
Una Una reacción reacción endergónicaendergónica es una es una reacción química que reacción química que necesita o utiliza necesita o utiliza energía.energía. Fotosíntesis.Fotosíntesis.
Una reacción que Una reacción que libera energía se libera energía se conoce como una conoce como una reacción exergónicareacción exergónica.. Respiración celular.Respiración celular.
Energía de activación Muchas reacciones Muchas reacciones
exergónicas necesitan calor exergónicas necesitan calor (energía) para comenzar.(energía) para comenzar. Ej.: Combustión de madera.Ej.: Combustión de madera.
Esta energía se conoce como Esta energía se conoce como energía de activaciónenergía de activación.. La cantidad de energía de La cantidad de energía de
activación es, generalmente, activación es, generalmente, mucho menor que la energía que mucho menor que la energía que libera la reacción.libera la reacción.
¿Las células realizan ¿Las células realizan reacciones exergónicas?reacciones exergónicas?
¿Cómo lo hacen sin sufrir ¿Cómo lo hacen sin sufrir daños?daños?
Catalizadores Las células poseen Las células poseen
compuestos químicos que compuestos químicos que controlan las reacciones que controlan las reacciones que ocurren en su interior.ocurren en su interior.
La sustancia que controla la La sustancia que controla la velocidad a la que ocurre velocidad a la que ocurre una reacción química sin una reacción química sin que la célula sufra daño que la célula sufra daño alguno ni se destruya se alguno ni se destruya se conoce como un conoce como un catalizadorcatalizador..
Las Las enzimasenzimas son proteínas son proteínas que actúan como que actúan como catalizadores en las células.catalizadores en las células.
Enzimas Hacen posibles las Hacen posibles las
reacciones, disminuyendo reacciones, disminuyendo la cantidad de energía de la cantidad de energía de activación que se necesita.activación que se necesita.
Controlan la velocidad a la Controlan la velocidad a la que ocurre la reacción, que ocurre la reacción, para que la energía se para que la energía se libere lentamente.libere lentamente.
Permiten que las Permiten que las reacciones ocurran a unas reacciones ocurran a unas temperaturas que no temperaturas que no hagan daño al organismo.hagan daño al organismo.
Enzimas y sustratos La sustancia sobre la cual actúa una enzima se conoce como La sustancia sobre la cual actúa una enzima se conoce como
sustratosustrato.. El sustrato se convierte en uno o más productos nuevos.El sustrato se convierte en uno o más productos nuevos.
Las enzimas son reutilizables y cada una puede catalizar de 100 Las enzimas son reutilizables y cada una puede catalizar de 100 a 30,000,000 de reacciones por min.a 30,000,000 de reacciones por min.
Pero, una enzima particular actúa solo sobre un sustrato Pero, una enzima particular actúa solo sobre un sustrato específico.específico. Cada enzima particular puede controlar solo un tipo de reacción.Cada enzima particular puede controlar solo un tipo de reacción.
Enzimas y coenzimas
Una enzima recibe el nombre del Una enzima recibe el nombre del sustrato sobre el cual actúa.sustrato sobre el cual actúa. A una parte del nombre del sustrato A una parte del nombre del sustrato
se le añade el sufijo se le añade el sufijo –asa–asa. . ¿Cuál será ¿Cuál será el sustrato de una proteasa?el sustrato de una proteasa?
En algunas reacciones, pequeñas En algunas reacciones, pequeñas moléculas, llamadas moléculas, llamadas coenzimascoenzimas, se unen , se unen a las enzimas para controlar las a las enzimas para controlar las reacciones.reacciones. Las coenzimas no son proteínas pero Las coenzimas no son proteínas pero
no sufren cambios durante las no sufren cambios durante las reacciones.reacciones.
Algunas Algunas vitaminasvitaminas son coenzimas. son coenzimas. B1, B2, B6, KB1, B2, B6, K..
Una reacción no ocurrirá si la Una reacción no ocurrirá si la coenzima no está presente. coenzima no está presente.
Los modelos de enzimas La forma y la estructura de una enzima determinan la La forma y la estructura de una enzima determinan la
reacción que puede catalizar.reacción que puede catalizar. La enzima se une al La enzima se une al sustrato (S)sustrato (S) mediante un área mediante un área
especial, el especial, el sitio activositio activo, para formar un , para formar un complejo enzima-complejo enzima-sustrato sustrato oo E-S E-S..
En el sitio activo, la enzima y el sustrato se ajustan En el sitio activo, la enzima y el sustrato se ajustan perfectamente.perfectamente.
Modelo del ajuste Modelo del ajuste inducido.inducido.
Modelo de la llave y Modelo de la llave y la cerradura.la cerradura.
Los modelos de enzimas
Los factores que afectan la actividad enzimática
La temperatura (desnaturalización) (Ej: La temperatura (desnaturalización) (Ej: albúmina)albúmina)
Los factores que afectan la actividad enzimática
El pH El pH (desnaturalización) (desnaturalización) (Ej: pepsina)(Ej: pepsina)
La concentración del La concentración del sustratosustrato
Sustancias químicas Sustancias químicas (inhibidores)(inhibidores)
El trifosfato de adenosina La fuente principal de La fuente principal de
energía para los seres vivos energía para los seres vivos es la es la glucosaglucosa.. La energía química se La energía química se
almacena en la glucosa y en almacena en la glucosa y en otras moléculas orgánicas que otras moléculas orgánicas que pueden convertirse en glucosa.pueden convertirse en glucosa.
Cuando las células degradan Cuando las células degradan la glucosa, se libera energía la glucosa, se libera energía en una serie de pasos en una serie de pasos controlados por enzimas.controlados por enzimas. La mayor parte de esta energía La mayor parte de esta energía
se almacena en otro se almacena en otro compuesto químico: compuesto químico: el el trifosfato de adenosina o ATPtrifosfato de adenosina o ATP..
Adenosina:Adenosina: AdeninaAdenina RibosaRibosa
Tres grupos fosfato:Tres grupos fosfato: Tres átomos de fósforo Tres átomos de fósforo
unidos a cuatro átomos unidos a cuatro átomos de oxígeno.de oxígeno.
Enlaces de alta energía:Enlaces de alta energía: Contienen la energía Contienen la energía
almacenada.almacenada.
Estructura del ATP
Síntesis y degradación del ATP
La célula necesita La célula necesita continuamente energía, continuamente energía, por ello, debe producir por ello, debe producir continuamente ATP, a continuamente ATP, a partir de partir de ADP y PiADP y Pi, los , los cuales están en la célula.cuales están en la célula.
La energía para formar La energía para formar ATP proviene del ATP proviene del alimento, generalmente alimento, generalmente glucosa.glucosa. El ATP se degrada y libera El ATP se degrada y libera
energía mucho más energía mucho más fácilmente que el alimento.fácilmente que el alimento.
La respiración celular, consiste en la oxidación de La respiración celular, consiste en la oxidación de sustancias provenientes de los alimentos, como los sustancias provenientes de los alimentos, como los hidratos de carbono, grasas, en menor proporción, hidratos de carbono, grasas, en menor proporción, proteínas, y la liberación de energía, dióxido de carbono proteínas, y la liberación de energía, dióxido de carbono y agua. Permite el aprovechamiento de la energía y agua. Permite el aprovechamiento de la energía contenida en los nutrientes a partir de su degradación. contenida en los nutrientes a partir de su degradación.
La respiración aeróbica es el proceso La respiración aeróbica es el proceso responsable de que la mayoría de los responsable de que la mayoría de los seres vivos, los llamados por ello seres vivos, los llamados por ello aerobios, requieran oxígeno. Es la forma aerobios, requieran oxígeno. Es la forma más extendida, propia de una parte de las más extendida, propia de una parte de las bacterias y de los organismos bacterias y de los organismos eucariontes, cuyas mitocondrias derivan eucariontes, cuyas mitocondrias derivan de aquéllas. de aquéllas.
Hace uso del OHace uso del O22 como aceptor último de como aceptor último de los electrones desprendidos de las los electrones desprendidos de las sustancias orgánicas. sustancias orgánicas.
RESPIRACIÓN EN RESPIRACIÓN EN PRESENCIA DE OXIGENO PRESENCIA DE OXIGENO
(AERÓBICA) Parte 1(AERÓBICA) Parte 1
Respiración celular La degradación de la glucosa mediante el uso La degradación de la glucosa mediante el uso
de oxígeno o alguna otra sustancia inorgánica, de oxígeno o alguna otra sustancia inorgánica, se conoce como se conoce como respiración celularrespiración celular.. La respiración celular que necesita oxígeno se llama La respiración celular que necesita oxígeno se llama
respiración aeróbica.respiración aeróbica.
Oxidación completa de la glucosa en la célula
Glucólisis Es la conversión de Es la conversión de
glucosa en dos moléculas glucosa en dos moléculas de de ácido pirúvicoácido pirúvico (compuesto de 3 (compuesto de 3 carbonos).carbonos). Se usan dos moléculas de Se usan dos moléculas de
ATP, pero se producen ATP, pero se producen cuatro.cuatro.
El H, junto con electrones, El H, junto con electrones, se unen a una coenzima se unen a una coenzima que se llama que se llama nicotín adenín nicotín adenín dinucleótido (NADdinucleótido (NAD++)) y forma y forma NADHNADH..
Ocurre en el citoplasma.Ocurre en el citoplasma. Es anaeróbica.Es anaeróbica.
Glucólisis Libera solamente el 10% de la energía disponible en la Libera solamente el 10% de la energía disponible en la
glucosa.glucosa. La energía restante se libera al romperse cada molécula La energía restante se libera al romperse cada molécula
de ácido pirúvico en de ácido pirúvico en agua y bióxido de carbono.agua y bióxido de carbono. El primer paso es la conversión del ácido pirúvico (3 C) El primer paso es la conversión del ácido pirúvico (3 C) en en
ácido acético (2 C)ácido acético (2 C); el cual está unido a la ; el cual está unido a la coenzima A coenzima A (coA).(coA). Se produce una molécula de CO2 y NADH.Se produce una molécula de CO2 y NADH.
El ciclo del ácido cítrico A continuación, el acetil-A continuación, el acetil-
coA entra en una serie de coA entra en una serie de reacciones conocidas como reacciones conocidas como el el ciclo del ácido cítricociclo del ácido cítrico, en , en el cual se completa la el cual se completa la degradación de la glucosa.degradación de la glucosa. El acetil-coA se une al ácido El acetil-coA se une al ácido
oxaloacético (4C) y forma el oxaloacético (4C) y forma el ácido cítrico (6C).ácido cítrico (6C).
El ácido cítrico vuelve a El ácido cítrico vuelve a convertirse en ácido convertirse en ácido oxaloacético.oxaloacético.
Se libera CO2, se genera Se libera CO2, se genera NADH o FADH2 y se NADH o FADH2 y se produce ATP.produce ATP.
El ciclo empieza de nuevo.El ciclo empieza de nuevo.
La molécula de glucosa se degrada La molécula de glucosa se degrada completamente una vez que las dos completamente una vez que las dos moléculas de ácido pirúvico entran a las moléculas de ácido pirúvico entran a las reacciones del ácido cítrico.reacciones del ácido cítrico.
Este ciclo puede degradar otras Este ciclo puede degradar otras sustancias que no sean acetil-coA, como sustancias que no sean acetil-coA, como productos de la degradación de los lípidos productos de la degradación de los lípidos y proteínas, que ingresan en diferentes y proteínas, que ingresan en diferentes puntos del ciclo, y se obtiene energía.puntos del ciclo, y se obtiene energía.
El ciclo del ácido cítrico
La cadena de transporte de electrones
En el ciclo del ácido cítrico se En el ciclo del ácido cítrico se ha producido CO2, que se ha producido CO2, que se elimina, y una molécula de elimina, y una molécula de ATP.ATP.
Sin embargo, la mayor parte de Sin embargo, la mayor parte de la energía de la glucosa la la energía de la glucosa la llevan el NADH y el FADH2, llevan el NADH y el FADH2, junto a los electrones junto a los electrones asociados.asociados.
Estos electrones sufren una Estos electrones sufren una serie de transferencias entre serie de transferencias entre compuestos que son compuestos que son portadores de electrones, portadores de electrones, denominados denominados cadena de cadena de transporte de electronestransporte de electrones, y que , y que se encuentran en las se encuentran en las crestas crestas de las mitocondriasde las mitocondrias..
La cadena de transporte de electrones
Uno de los portadores de Uno de los portadores de electrones es una electrones es una coenzimacoenzima, los , los demás contienen hierro y se demás contienen hierro y se llaman llaman citocromoscitocromos..
Cada portador está en un nivel Cada portador está en un nivel de energía más bajo que el de energía más bajo que el anterior, y la energía que se anterior, y la energía que se libera se usa para formar ATP.libera se usa para formar ATP.
Esta cadena produce Esta cadena produce 32 32 moléculas de ATPmoléculas de ATP por cada por cada molécula de glucosa molécula de glucosa degradada, que más degradada, que más 2 ATP de 2 ATP de la glucólisisla glucólisis y y 2 ATP del ciclo 2 ATP del ciclo del ácido cítricodel ácido cítrico, hay una , hay una ganancia neta de ganancia neta de 36 ATP por 36 ATP por cada glucosacada glucosa que se degrada que se degrada en en CO2 y H2OCO2 y H2O..
Respiración anaeróbica
No todas las formas de respiración No todas las formas de respiración requieren oxígeno.requieren oxígeno.
Algunos organismos (bacterias) degradan Algunos organismos (bacterias) degradan su alimento por medio de la su alimento por medio de la respiración respiración anaeróbicaanaeróbica..
Aquí, Aquí, el aceptor final de electrones es otra el aceptor final de electrones es otra sustancia inorgánica diferente al oxígenosustancia inorgánica diferente al oxígeno..
Se produce Se produce menos ATPmenos ATP que en la que en la respiración aeróbica.respiración aeróbica.
FERMENTACIÓN Es la degradación de la Es la degradación de la
glucosa y liberación de glucosa y liberación de energía utilizando energía utilizando sustancias orgánicassustancias orgánicas como aceptores finales de como aceptores finales de electrones.electrones.
Algunos organismos Algunos organismos como las bacterias y las como las bacterias y las células musculares, células musculares, pueden producir energía pueden producir energía mediante la fermentación.mediante la fermentación. La primera parte de la La primera parte de la
fermentación es la fermentación es la glucólisis.glucólisis.
La segunda parte difiere La segunda parte difiere según el tipo de organismosegún el tipo de organismo..