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Dra. Judith García de Rodas Salón 207 BIOENERGÉTICA (TEMA 6)

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Presentación del tema: "Dra. Judith García de Rodas Salón 207 BIOENERGÉTICA (TEMA 6)"— Transcripción de la presentación:

1 Dra. Judith García de Rodas Salón 207 BIOENERGÉTICA (TEMA 6)

2 Reconocerán la importancia del flujo energético en los sistemas vivos. Utilizarán los valores de cambio en energía libre para predecir la espontaneidad de las reacciones químicas en los organismos. Relacionarán la bioenergética con el metabolismo celular

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4 Requerimientos celulares Materiales estructurales CatalizadoresInformaciónEnergía Monosacáridos Ácidos grasos Aminoácidos Nucleótidos Agua Minerales Enzimas Ribozimas Almacenamiento (ADN) Transmisión (ARN) Expresión (proteínas) Obtener Almacenar Utilizar

5 ENERGÍA Es la capacidad para realizar cambios específicos Necesaria para: Impulsar reacciones implicadas en la formación de componentes moleculares Propulsar las actividades en que participan dichos componentes

6 Síntesis Mecánico Concentración Calor Luz Eléctrico

7 MATERIA Y ENERGÍA Materia: todo lo que tiene masa, volumen y ocupa un lugar en el espacio Energía: La capacidad de un sistema para realizar un trabajo, utilizando energía Clases de Energía: mecánica, eléctrica, potencial, química, calorífica, lumínica etc.

8 Pérdidas de calor Energía solar Aumento de energía Libre Disminuye la entropía Pérdidas de calor Disminución de E. Libre Aumento entropía FotótrofosQuimiótrofos Compuestos orgánicos Oxígeno Agua Dióxido de carbono Nitrato Energía química Flujo de energía y materia Energía: unidireccional Materia: cíclico

9 TERMODINÁMICA Estudia el flujo de energía en los sistemas (cambios energéticos en el universo) Las leyes termodinámicas gobiernan los cambios energéticos en una reacción, y proveen herramientas para predecir la espontaneidad de la misma, si es favorable o inducida

10 BIOENERGÉTICA Describe la transferencia y utilización de la energía en los sistemas biológicos Utiliza las ideas básicas de la termodinámica, particularmente el concepto de energía libre Los cambios en la energía libre ( G) permite cuantificar y predecir la factibilidad energética de una reacción química

11 EL UNIVERSO Se compone de dos partes: Sistema : La parte del universo bajo estudio Espacio físico o porción de materia contenida dentro de un límite o frontera Ej. una célula, una máquina, un vaso de precipitado Entorno Región fuera del límite o frontera El sistema intercambia materia o energía con él

12 CLASES DE SISTEMAS entorno Sistema abierto Sistema cerrado Hay intercambio de energía No hay intercambio de energía

13 FORMAS DE INTERCAMBIO DE ENERGÍA ENTRE UN SISTEMA Y EL ENTORNO CALOR: Es una forma de energía útil para las máquinas En organismos permite mantener temperatura corporal, mediante la transpiración TRABAJO: Utilizar la energía para cualquier proceso diferente al flujo de calor Trabajo: cambio uniforme de moléculas en el entorno Calor: aumenta el desorden de las moléculas en el entorno

14 LEYES TERMODINÁMICAS Primera Ley: Conservación de la energía La energía total del universo permanece constante, aunque puede cambiar En una célula, la cantidad total de energía que sale, debe ser exactamente igual a la que entra, menos la energía que quede almacenada en el sistema

15 Segunda Ley: Espontaneidad termodinámica En cada cambio físico o químico, se incrementa la aleatoriedad (desorden) del universo Toda reacción espontánea da como resultado disminución del contenido de energía libre del sistema LEYES TERMODINÁMICAS

16 ESPONTANEIDAD TERMODINÁMICA Indica la probabilidad de que una reacción química ocurra. Puede evaluarse por: Aumento en la Entropía (medida de desorden) Disminución de la Energía libre (medida de la capacidad del sistema para realizar un trabajo)

17 ESPONTANEIDAD TERMODINÁMICA En ocasiones, la entropía del sistema puede aumentar, disminuir, o quedar igual, así que no es un valor adecuado para predecir la espontaneidad de los proceso biológicos Debe usarse un parámetro que permita la predicción de la espontaneidad de una reacción, considerando solamente el sistema

18 ENERGÍA LIBRE Energía que está disponible para hacer un trabajo útil Para sistemas biológicos, con presión, volumen y temperatura constantes, la variación de energía libre ( G), se relaciona con las variaciones de entalpía y entropía ΔH= ΔG + TΔS

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20 VARIACIÓN DE ENERGÍA LIBRE G La variación de energía libre es una medida de la espontaneidad termodinámica, basada únicamente en las propiedades del sistema donde ocurren las reacciones G se puede calcular a partir de la Keq, a partir de las concentraciones de reactivos y productos ΔGº´ = -R T ln K eq R= Constante de gases 1.9 cal./º/mol T= Temperatura en º Kelvin. lnK eq log. Natural de Keq. K eq = [productos] / [reactantes]

21 EQUILIBRIO QUÍMICO Se establece cuando las velocidades de las reacciones directa e inversa son iguales A + B C + D Reacción directa Reacción inversa

22 Permite predecir la dirección a la que una reacción ocurre espontáneamente Se obtiene al dividir la concentración de los reactivos y de los productos en el equilibrio K eq = [C] [D] [A] [B] Constante de equilibrio K eq

23 VALORES DE LA K EQ K eq > 1 concentración de productos mayor que concentración de reactivos. La reacción favorecida es hacia la derecha (reacción directa) K eq < 1 concentración de reactivos mayor que concentración de productos. La reacción favorecida es hacia la izquierda (reacción inversa) K eq = 1 concentración de reactivos igual a concentración de productos

24 VALORES DE LA K EQ Si la concentración de productos = 10 y la concentración de reactivos = 2 K eq = 5 se favorece reacción directa Si la concentración de productos = 2 y la concentración de reactivos = 10 K eq = 0.1 se favorece reacción inversa Si la concentración de productos = 2 y la concentración de reactivos = 2 K eq = 1 está en equilibrio

25 ENERGÍA LIBRE ESTÁNDAR DGº´ Es el cambio de energía que se hace en un calorímetro bajo condiciones estándar de: Temperatura = 25 °C (298 K) Presión = 1 atmósfera Concentración 1 M pH = 7 Dentro de una célula no se dan las mismas condiciones

26 UTILIDAD DE Gº Y Gº´ Medidas útiles para cuantificar en qué dirección debe producirse una reacción para alcanzar el equilibrio y a qué distancia se encuentra de este En las células, las reacciones se desplazan al equilibrio pero no lo alcanzan, porque sería una reacción detenida G = 0

27 PROCESOS EXERGÓNICOS Y ENDERGÓNICOS Los procesos químicos pueden ocurrir con la absorción o liberación de energía, que usualmente se manifiesta en forma de calor y/o de trabajo Los procesos que liberan energía son favorecidos, ocurren espontáneamente Los procesos que absorben energía no son favorables, ocurren cuesta arriba

28 PROCESO ESPONTÁNEO Y PROCESO QUE REQUIERE ENERGÍA

29 Reacción exergónica Reacción química que es espontánea Libera energía al entorno Su K eq es > 1 Su Gº < 1 (negativa) Reacción endergónica Reacción química que ocurre cuesta arriba Necesita energía para ocurrir Su K eq es < 1 Su Gº > 1 (positiva) REACCIONES EXERGÓNICAS Y ENDERGÓNICAS

30 METABOLISMO Conjunto de reacciones bioquímicas que ocurren en un organismo, incluyendo su coordinación, regulación y necesidades energéticas El metabolismo es un proceso de transformación de energía donde el catabolismo proporciona la energía requerida para el anabolismo

31 VÍAS CATABÓLICAS Y ANABÓLICAS VÍAS CATABÓLICAS VÍAS ANABÓLICAS Moléculas en los alimentos Variedad de moléculas que forman a una célula Variedad de monómeros para biosíntesis de macromoléculas Energía para realizar trabajo

32 CATABOLISMO Ruta metabólica de degradación de macromoléculas (grasas, carbohidratos y proteínas) en moléculas más simples Se dan los procesos de oxidación y formación de los cofactores reducidos NADH, NADPH y FADH 2 Se libera la energía química (procesos exergónicos) y se produce ATP a partir de ADP Hay convergencia de rutas metabólicas

33 ANABOLISMO Ruta metabólica de biosíntesis o construcción de macromoléculas (proteínas, ADN) a partir de moléculas precursoras más pequeñas Se dan los procesos de reducción y formación de los cofactores oxidados NAD +, NADP + y FAD + Requiere de energía (procesos endergónicos) por lo que se consume ATP Hay divergencia de rutas metabólicas

34 REACCIONES ACOPLADAS La energía de una reacción exergónica se utiliza para realizar una endergónica

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36 MECANISMOS PARA EL INTERCAMBIO DE ENERGÍA EN LOS SISTEMAS VIVOS 1. Transferencia del grupo fosforilo ATP-ADP Cada fosforilacion o desfosforilación intercambian 7.3Kcal/mol.

37 ACTIVIDADES CELULARES EN QUE PARTICIPA EL ATP ATP Síntesis molecular Flujo de información (núcleo~citoplasma) Movimiento de vesículas Bombeo iónico Producción de compuestos Eliminación de compuestos Contracción muscular

38 Fosfoenol-piruvato Carbamil-fosfato Fosfocreatina ATP ( > ADP + Pi) -7.3 ADP ( > AMP + Pi) -7.3 AMP ( > Adenosina + Pi) -3.4 Glucosa-6-fosfato -3.3 Glicerol-1-fosfato -2.2 OTROS COMPUESTOS FOSFORILADOS DE ALTO CONTENIDO ENERGÉTICO

39 MECANISMOS PARA EL INTERCAMBIO DE ENERGÍA EN LOS SISTEMAS VIVOS 2. Reacciones de óxido- reducción implican cambios en el estado electrónico de los reactantes (ganancia o pérdida de electrones yo protones)

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41 Observación de cambios de metabolismo humano: ¿Porqué es importante tomar los signos vitales previo a iniciar el procedimiento? ¿Qué significado tiene la aceleración del metabolismo? Porqué cambia el valor del pH del agua al espirar? ¿A qué se debe la diferencia entre el tiempo de variación del pH antes y después de hacer ejercicio? ¿A qué se debe el cambio de color del agua? ¿Cómo eliminan los animales del ácido carbónico que se forma en el organismo?

42 Muuuchas Gracias...


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