quÍmica biolÓgica ii (3062)
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QUÍMICA BIOLÓGICA II (3062)
BIOENERGÉTICA
Medicina Veterinaria
BIOENERGÉTICA
La energía se define como la capacidad de realizar trabajo.
La Bioenergética estudia las transformaciones que sufre la energía en los seres vivos.
Algunos principios de Bioenergética:
1-En los organismos que se desarrollan en condiciones aeróbicas (con aportesuficiente de oxígeno) esa Energía proviene de la oxidación de los nutrientes(fundamentalmente glúcidos y grasas).
2-En los enlaces químicos de esas sustancias está guardada esa Energía, alromperse durante la oxidación esa Energía puede ser liberada, utilizada ytransformada por las células.
La fuente primaria de energía detodas las células vivas es la luz solar.Los organismos Autótrofosfotosintéticos obtienen su E a partirde la luz solar, mientras que losorganismos heterótrofos obtiene su Ede la degradación de nutrientesorgánicos producidos por losautótrofos.La E solar es transformada por los
organismos Autótrofos capaces dehacer fotosíntesis en E de los enlacesquímicos de moléculas como glúcidos yfinalmente es transferida a losorganismos heterótrofos a través dela cadena trófica. Los organismosvivos son capaces de interconvertirdiferentes formas de energía:química, térmica, mecánica, radiante.
Bioenergética y Metabolismo
Autótrofos(fotosintéticos)
Heterótrofos
REACCIONES QUÍMICAS
Reacciones Endergónicas
Aquellas Reacciones
Transforman la Energía de los alimentos a una Forma
Biológicamente Utilizable
Reacciones Exergónicas
Aquellas Reacciones que LiberanRequieren que se le
añada Energía a los reactivos
Producen Energía como resultado de los Procesos Químicos
No ocurre si no se le suma Energía
Se Libera Energía
Toda reacción química transcurre con algún tipo de cambio energético
A+B C reacción exergónica, espontánea
Libera Energía
A+B C reacción endergónica, no ocurre sin aporte de energía
Consume Energía
.
La energía libre real de cualquier proceso no se puede medir fácilmente, pero sepuede determinar el cambio de energía libre (ΔG), que sería la diferencia entre laENERGÍA FINAL que posee un proceso y la ENERGÍA INICIAL del mismo. El ΔGnos permite conocer la dirección en que una reacción ocurrirá y el rendimientoenergético, el cual se puede medir por ejemplo en Kcal/mol.
El cambio de energía libre (ΔG), se puede calcular como la G del estado finalmenos la G del estado inicial inicial:
∆G = Gf - Gi 6
La energía libre de Gibbs (G) es la función termodinámica crucial para los seresvivos, ya que representa la forma de energía que puede utilizarse para realizar
trabajo.
Cambio de Energía Libre
El cambio de energía libre (ΔG) =Gf - Gi
✓ En una reacción Exergónica en la que se ha liberado energía, la Gf es < que la Gi y
entonces, ∆G: valor negativo.
✓ Mientras que para la reacción Endergónica, Gf > Gi (recibió energía) y entonces,
∆G: valor positivo.
7
✓ En una reacción en equilibrio (donde no hay cambio neto de energía): ∆G=0
En una célula ocurren tanto reacciones exergónicas como endergónicas.
En general las reacciones de síntesis de compuestos son endergónicas y las reacciones de oxidación o de ruptura de enlaces son exergónicas.
Reacciones Exergónicas:
Sustratos
Productos
Energía
Libre
Reacciones Endergónicas:
Productos
Sustratos
Qué significa acoplar reacciones químicas?
Dirigida a Conducir
La reacción endergónica funciona acoplada a unaexergónica cuando la energía liberada por esta última seusa para que sea posible la primera.
Adenosina Trifosfato (ATP) es el principal intermediario de alto
contenido Energético
Para sintetizar el nucleótido ATP usando como sustrato ADP y Fosfato (P) serequiere Energía.
ADP + P ATP
Síntesisdel ATP
Hidrólisisdel ATP
13
Energía
Energía
E
7,3
Kcal/mol
- 7,3
Kcal/mol
ADP + P
ATP
Para que esta reacción pueda realizarse en el organismo es necesario que simultáneamentese produzca una reacción exergónica que libere un poco más de energía que 7 Kcal/mol.
¿Cómo ocurre esto?
Hay varios compuestos quetienen enlaces químicos queal romperse (por ejemplopor entrada de unamolécula de agua) liberangran cantidad de energía,mayor que la requeridapara esta síntesis
Reacción Exergónica
Reacción EndergónicaE
E
+ Pi
Fosforilación a nivel de sustrato
En este caso el acoplamiento es
a) Por suministro de energía
b) Por suministro de un intermediario común (el Pi)
En otros casos el acoplamiento es sólo por energía
➢ La energía liberada es suficiente para que ocurra la reacción y para que las reaccionesacopladas ocurran en forma espontánea.
➢ Mucho del ATP producido en la célula se sintetiza usando energía liberada en unconjunto de reacciones conocido como cadena respiratoria y que como veremos ocurreen la mitocondria de la célula eucariota (acoplada a la fosforilación oxidativa).
eEl compuesto A pierdeelectrones
Agente reductor
Oxidación
Reducción
oxidado
El compuesto B gana electrones
Agente oxidante
reducido
Siempre que ocurra una oxidación, los electrones deben ser captados poruna sustancia que se reduce, por eso hablamos de reacciones deoxidoreducción o reacciones redox.
¿Cómo obtiene energía una célula viva?
➢ En general por oxidación o hidrólisis de ciertos compuestos que formanparte de sus nutrientes.
➢ Una oxidación se define como un proceso en el que ocurre pérdida deelectrones y una reducción como ganancia de electrones.
¿Cómo obtiene energía una célula viva?
Fe +2
Fe + 1 e +3 -
Oxidado
Cu +1
Cu + 1 e +2 - Reducido
➢ En Bioquímica trabajamos con óxido-reducciones de compuestos orgánicos,para los cuales el proceso es igual pero se visualiza más fácilmente si se tieneen cuenta la ganancia de oxígeno o la pérdida de H como procesos deoxidación. Lo ejemplificamos para el etano pero es aplicable a cualquiercompuesto que posea los grupos funcionales que se incluyen a continuación
ETANO ETANOL ETANAL ACIDO ETANOICO
ETENO
ETINO
El máximo estado de oxidación del C en los compuestos orgánicos corresponde al CO2
¿Cómo conserva la célula la energía liberada en los procesos exergónicos como las oxidaciones?
La célula conserva esa energía “guardándola” en compuestos que poseen en susmoléculas alguna unión de alta energía.
El más común es el ATP llamado la “moneda corriente de energía” en lacélula.
Uniones de alta energía
La unión anhidrido de ácido entre los fosfatos es de alta energía (lomismo ocurre con otros nucleótidos como UTP, CTP, GTP que tienenestructura similar).
También poseen unión de alta energía otros compuestos
✓ Las Energías de hidrólisis de estos compuestos Son todas superiores a las del ATP…entonces…
✓ La hidrólisis de estos compuestos puede ser acopladaa la síntesis de ATP.
➢ La síntesis de ATP (o su equivalente GTP) usando la energía liberada por hidrólisis de un
compuesto de alta energía es lo que se conoce como fosforilación a nivel de sustrato.
➢ El uso de ATP (o algún nucleótido equivalente) para fosforilar un sustrato que no es ADP o
sus semejantes GDP, CDP. UDP, etc es lo que conoceremos como fosforilación de un
sustrato.
ATP +H2O
E
ADP + P AG: -7,5 kcal/mol
Reacción exergónica o componente exergónico
Glucosa + P
Reacción endergónica o componente endergónico
Glucosa 6 P AG: +3,3kcal/mol
ADP+ Pi + Glucosa 6 P
AG: -4,2 kcal/mol
ATP+Glucosa +PiEcuación de la reacción acoplada
➢ La fosforilación a nivel de sustrato no es el único proceso desíntesis de ATP, de hecho el que mayor cantidad de ATP sintetiza(un 68 % del total) es el proceso de fosforilación oxidativa quees la síntesis de ATP acoplada a las oxidaciones que ocurren enla cadena respiratoria mitocondrial.
➢ Las plantas poseen un mecanismo adicional en cloroplasto: lafotofosforilación, que es la síntesis de ATP que ocurre durante elproceso de fotosíntesis.
a)La fosforilación a nivel de sustrato: síntesis de ATP (o GTP) apartir de ADP y P (o GDP y P) usando la energía derivada de lahidrólisis de un compuesto de alta energía.
b)La fosforilación oxidativa: síntesis de ATP a partir de ADP y P usando energía liberada en las oxidaciones de la cadena respiratoria.
c)La fotofosforilación: síntesis de ATP a partir de ADP y P con energía generada en la fotosíntesis.
d)Fosforilación de un sustrato: reacciones en que el ATP (o unnucleótido tri P) se hidroliza liberando energía y Pi que se incorporaa un sustrato.
Todas son reacciones acopladas…
NOCIONES SOBRE METABOLISMO
➢Metabolismo: es el conjunto de las reacciones químicas que ocurre en losorganismos vivos.
➢ Catabolismo: procesos degradativos, en general. Oxidativos, con NAD como
aceptor de poder reductor.
➢ Anabolismo: procesos de síntesis, en general. Reductivos, con NADPH como
dador de H.
➢ Vía Metabólica. Sucesión de reacciones catalizadas por ENZIMAS que llevan a
la conversión de sustratos en productos.
➢ Es el proceso por el cual los sistemas vivos adquieren y usan la energía para llevar adelante las funciones vitales.
a)Degradar (transformar en compuestos más simples) losconstituyentes de los nutrientes principales (carbohidratos, lípidos yproteínas) para obtener energía y poder reductor.
Objetivos del metabolismo
c) Utilizar esa E y poder reductor para sintetizar las moléculascomplejas (ácidos nucleicos, polisacáridos, lípidos complejos,proteínas) que forman parte de la estructura de las células yotros compuestos necesarios para su funcionamiento normal.
b) Guardar la energía en compuestos de alta energía (en forma deATP o equivalentes) y el poder reductor (en forma de NADP engeneral).
NUTRIENTES
QUE PROVEEN
ENERGÍA:
GLÚCIDOS
LÍPIDOS
PROTEÍNAS
MACROMOLÉCULAS DE LA
CÉLULA:
PROTEÍNAS
ÁCIDOS NUCLEICOS
POLISACÁRIDOS
LÍPIDOS
Catabolismo
Oxidativo Anabolismo
Reductivoexergónico
Productos pobres
en energía
CO2, agua, NH3
Moléculas precursoras
sencillas
Aminoácidos Glucosa
Acidos grasos
Bases nitrogenadas
endergónicoEnergía Química y
poder reductor
ATPATP
ATPATP
NADPH NADH FADH 2
Estos dos tipos de procesos (catabólicos y anabólicos) no ocurren en unaúnica reacción, sino en una secuencia de reacciones en general catalizadaspor enzimas que llevan desde un compuesto inicial a un producto final querecibe el nombre de vía metabólica o camino metabólico.
BE2
CE3
D vía linealE1
A
A: sustrato inicial
E: Enzima
B, C intermediarios metabólicos o metabolitos
D : producto
Muchas gracias por su atención!!!!