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Unidad 3 ENERGÍAyMETABOLISMOENERGÍAyMETABOLISMO EL PRESENTE MATERIAL ES UNA SÍNTESIS QUE NO REEMPLAZA, SINO QUE COMPLEMENTA, AL RESTO DE LOS MATERIALES.

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1 Unidad 3 ENERGÍAyMETABOLISMOENERGÍAyMETABOLISMO EL PRESENTE MATERIAL ES UNA SÍNTESIS QUE NO REEMPLAZA, SINO QUE COMPLEMENTA, AL RESTO DE LOS MATERIALES

2 2 Qué es la energía? Lo definimos como la capacidad para realizar un trabajo. Lo definimos como la capacidad para realizar un trabajo. ENERGÍA ELÉCTRICA ENERGÍA LUMÌMICA ENERGÍA EÓLICA ENERGÍA QUÍMICA (energía de los enlaces ENERGÌA POTENCIAL ENERGÌA CINÉTICA PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA: LA ENERGÍA NO SE CREA NI SE DESTRUYE, SE TRANSFORMA LA ENERGÍA TOTAL PERMANECE CONSTANTE

3 3 SISTEMAS LOS SERES VIVOS SOMOS SISTEMAS ABIERTOS Universo Sistema Un sistema abierto intercambia materia y energía con el entorno. Materia Energía Como la energía no se crea ni se destruye permanece constante en el universo

4 4 TERMODINÁMICA PRIMERA LEY La energía no puede ser creada ni destruida, sino que se convierte de una forma a otra. PRIMERA LEY La energía no puede ser creada ni destruida, sino que se convierte de una forma a otra. SEGUNDA LEY En toda conversión energética, la energía potencial (útil) del estado final siempre es menor que la energía potencial del estado inicial (siempre y cuando no se quite ni suministre energía extra al sistema que se estudia). Es decir que en toda transformación energética hay una inevitable pérdida de energía, por lo que los sistemas tienden a un estado menos organizado, de mayor desorden (mayor entropía). SEGUNDA LEY En toda conversión energética, la energía potencial (útil) del estado final siempre es menor que la energía potencial del estado inicial (siempre y cuando no se quite ni suministre energía extra al sistema que se estudia). Es decir que en toda transformación energética hay una inevitable pérdida de energía, por lo que los sistemas tienden a un estado menos organizado, de mayor desorden (mayor entropía). La Termodinámica es rama de la Física que estudia la energía y sus transformaciones.

5 5 TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS FOTOSÍNTESIS ENERGÍA LUMÍNICA CALOR ENERGÍA QUÍMICA Los productores transforman energía lumínica en energía química Cada transformación energética libera energía en forma de calor SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA: El calor (o entropía) del universo siempre aumenta Este concepto se vincula con el de energía útil para los seres vivos. El calor es una forma de energía NO UTIL para seres vivientes por lo tanto, considerando el sistema seres vivos, cada proceso metabólico transforma energía útil en no útil, incrementando el calor o entropía del universo.

6 6 En el proceso de combustión (oxidación) toda la energía química (enlaces covalentes de la glucosa, que integra la celulosa de la madera) se transforma en calor. ATP CALOR RESPIRACIÓN CELULAR DIGESTIÓN ENZIMAS Algunos ejemplos….. Cuando comemos almidón, también formado por glucosas, lo oxidamos en nuestras células. Parte de la energía original de la glucosa queda contenida en el ATP, mientras que otra parte se transforma en calor LOS PROCESOS METABÓLICOS PRODUCEN LA OXIDACIÓN DE COMPUESTOS DE MANERA CONTROLADA. ESTE CONTROL SE LLEVA A CABO POR ENZIMAS.

7 7 Las reacciones metabólicas pueden ser Exergónicas o Endergónicas Reacciones Exergónicas La energía de los reactivos (Ei) es mayor que la de los productos (Ef) LIBERAN ENERGÍA Son espontáneas Reacciones Endergónicas La energía de los reactivos (Ei) es menor que la de los productos (Ef) REQUIEREN ENERGÍA

8 8 Metabolismo Seres Vivos realizan METABOLISMO Intercambio de materia y energía con el medio ambiente implica CATABOLISMOANABOLISMO Conjunto de reacciones metabólicas de síntesis o fabricación de moléculas complejas a partir de moléculas más simples Endergónicas Conjunto de reacciones metabólicas de degradación o ruptura de moléculas complejas en moléculas más simples Exergónicas

9 9 ATP y Transporte de Energía La molécula de ATP transporta energía en sus uniones entre grupos fosfato, llamadas Uniones de Alta Energía.

10 10 Metabolismo y ATP El ATP es el intermediario que transporta en sus enlaces de alta energía, la energía liberada por la ruptura de uniones químicas en las reacciones catabólicas. La lleva a las reacciones anabólicas, que la requieren para la formación de nuevos enlaces químicos.

11 11 Metabolismo y Enzimas En las células, las transformaciones químicas son muy rápidas, ocurren en minutos o en segundos. Esto es posible debido a la presencia de las enzimas : moléculas proteicas que catalizan (aceleran) las reacciones bioquímicas y regulan el metabolismo. En las células, las transformaciones químicas son muy rápidas, ocurren en minutos o en segundos. Esto es posible debido a la presencia de las enzimas : moléculas proteicas que catalizan (aceleran) las reacciones bioquímicas y regulan el metabolismo. REACTIVOS PRODUCTOS transformación

12 12 Las enzimas: catalizadores biológicos Son proteínas Son específicas: se unen a un determinado Reactivo (Sustrato) Actúan en bajas concentraciones Se liberan si sufrir modificaciones Son reutilizables No modifican la Ei (de los reactivos) ni la Ef (de los productos) E + S ES EP E + P

13 13 Especificidad Enzima-Sustrato Modelo Llave-Cerradura Enzima y sustrato poseen complementariedad geométrica: sus estructuras encajan exactamente una en la otra. La región de la enzima donde se une el Sustrato se llama Sitio Activo. Modelo Encaje Inducido

14 14 Las enzimas: catalizadores biológicos La reacción catalizada es anabólica y endergónica La reacción catalizada es catabólica y exergónica

15 15 Enzimas y Energía de Activación Las enzimas no modifican la energía inicial o la energía final de una reacción. Sólo disminuyen la energía de activación. Las enzimas modifican la energía de activación haciendo que las reacciones resulten más rápidas. En ausencia de enzimas, la reacción sería extremadamente lenta, incompatible con la vida. La Energía de Activación (Ea) es la energía necesaria para que las moléculas de sustrato se reordenen y transformen en producto.

16 16 Clasificación de las Enzimas ENZIMAS SIMPLES Solo proteína CONJUGADAS Parte proteica unida a una parte no proteica Con un Ión (Cofactor) Con una Molécula Orgánica (Coenzima)

17 17 ENZIMAS MICHAELIANAS Curva hiperbólica SATURACIÓN: Cuando todos los sitios activos de las enzimas están ocupados por el sustrato. En ese momento la actividad enzimática alcanza la velocidad máxima. CINÉTICA ENZIMÁTICA K M : concentración de sustrato a la que la enzima alcanza la mitad de la velocidad máxima. Indica la afinidad de la enzima por el sustrato.

18 18 Efecto del pH en la actividad enzimática El pH es una medida del grado de acidez. Cada enzima tiene un pH óptimo para su actividad. Dentro del mismo organismo pueden encontrarse diferentes valores de pH: en estómago pH=2, en plasma sanguíneo pH=7,4 etc.

19 19 Efecto de la temperatura en la actividad enzimática Las enzimas tienen una temperatura óptima. Esta es una condición que depende de la especie.

20 20 Coenzimas Las coenzimas son pequeñas moléculas orgánicas, que se unen a la enzima. Las coenzimas son pequeñas moléculas orgánicas, que se unen a la enzima. Las coenzimas colaboran en la reacción enzimática recibiendo transitoriamente algún grupo químico: H +, OH, CH 3. Las coenzimas colaboran en la reacción enzimática recibiendo transitoriamente algún grupo químico: H +, OH, CH 3. La enzima sin la coenzima recibe el nombre de APOENZIMA y es inactiva. Al unirse la COENZIMA, forman la HOLOENZIMA que es la forma activa. Cofactores Sustancias diferentes, no proteicas, necesarias para la actividad enzimática. En general son iones como el Cu, K, Mn, Mg. Sustancias diferentes, no proteicas, necesarias para la actividad enzimática. En general son iones como el Cu, K, Mn, Mg.

21 21 Inhibición Competitiva Una molécula ajena al organismo, con estructura similar a la del sustrato compite con éste por el sitio activo de la enzima Una molécula ajena al organismo, con estructura similar a la del sustrato compite con éste por el sitio activo de la enzima Se une solo a la enzima libre Se une solo a la enzima libre V MAX no se altera y K M cambia V MAX no se altera y K M cambia Si aumenta la cantidad de SUSTRATO el inhibidor competitivo es desplazado y se forma producto. Algunos antibióticos son inhibidores competitivos de enzimas bacterianas

22 22 Inhibición No Competitiva Una molécula ajena se une a un lugar diferente del sitio activo la enzima Una molécula ajena se une a un lugar diferente del sitio activo la enzima Por acción del inhibidor disminuye la V MAX pero el valor de K M no se altera Por acción del inhibidor disminuye la V MAX pero el valor de K M no se altera Cuando el inhibidor se une a la enzima, impide la formación de producto.

23 23 Inhibición Irreversible Se produce inactivación permanente de la enzima. El inhibidor se une a la enzima en forma permanente e irreversible. Se produce inactivación permanente de la enzima. El inhibidor se une a la enzima en forma permanente e irreversible. Se interfiere con el normal desarrollo de una reacción o vía metabólica Se interfiere con el normal desarrollo de una reacción o vía metabólica

24 24 Regulación de Vías Metabólicas

25 25 ENZIMAS ALOSTÉRICAS MODULADOR ALOSTERICO POSITIVO: Molécula que se une a la enzima y aumenta la afinidad de la enzima por el sustrato, acelera la reacción. MODULADOR ALOSTERICO NEGATIVO: Disminuye la afinidad de la enzima por el sustrato, la reacción se hace más lenta. Curva sigmoidea Poseen, además del Sitio Activo, Sitios Alostéricos a los que se unen moléculas Moduladoras.

26 26 Modulación Alostérica Con enzimas alostérica se pueden regular las velocidades de las reacciones metabólicas de acuerdo a las necesidades de las células. Curva con modulador negativo: la velocidad de la reacción es la más baja. Curva sin modulador: la velocidad de la reacción es media (estado basal). Curva con modulador positivo: la velocidad de la reacción es la más alta. Los Moduladores modifican la afinidad de la Enzima por el Sustrato y, por lo tanto, la velocidad de la reacción.

27 27 Sistemas Multienzimáticos E1E1 E2E2 E3E3 En una vía metabólica el producto de la actividad de una enzima es sustrato de la siguiente. Con lo cual, las reacciones están encadenadas y si una de las enzimas se inactiva o está modulada negativamente, toda la vía se ve afectada. Los puntos de control se encuentran en las enzimas alostéricas. El producto final de la Vía puede actuar como modulador negativo de la E1 cuando está en exceso. A su vez, un exceso del sustrato inicial puede actuar como modulador positivo de E1, activando la Vía. El metabolismo presenta una gradualidad a través de las vías metabólicas

28 28 Modificación Covalente Una enzima puede ser activada o desactivada cuando otra enzima le agrega o le quita un grupo químico. Kinasa: enzima que cataliza la transferencia de un grupo fosfato desde un ATP a otra molécula. Fosfatasa: enzima que cataliza la remoción de un grupo fosfato en una molécula. Kinasa: enzima que cataliza la transferencia de un grupo fosfato desde un ATP a otra molécula. Fosfatasa: enzima que cataliza la remoción de un grupo fosfato en una molécula.

29 29 Isoenzimas Son enzimas que varían levemente en la secuencia de aminoácidos, pero que catalizan la misma reacción química en distintas partes del organismo o en etapas diferentes del desarrollo. Suelen tener diferentes valores de K M, o propiedades de regulación diferentes. La creatina quinasa (CK) es una enzima expresada por varios tejidos y tipos celulares. Cataliza la formación de fosfocreatina a partir de la fosforilación de una molécula de creatina (ácido orgánico nitrogenado). Existe en forma de tres isoenzimas ISOENZIMALOCALIZACIÓNCKBCerebro CKMMúsculos CKMTMitocondrias

30 30 Regulación por Síntesis ó por Degradación El conjunto (set) de enzimas de una célula determina el metabolismo celular. La síntesis de enzimas en los ribosomas puede aumentar o disminuir según las condiciones celulares.


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