ENERGIA ATP.

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1 ENERGIA ATP

2 ENERGIA Definición: ATP. Constituyente básico del universo.
Relación entre la materia y su energía equivalente. E = mc2 Energía total (E): Julios (kg m2/s2) Masa (m): kg Velocidad de la luz (c = 3.0 x 10 elevado a la 8 m/s) Capacidad para realizar trabajo ATP.

3 ENERGIA Definicion; La capacidad de producir cambio y se mide por la cantidad de trabajo realizado durante este periodo de cambio

4 ENERGIA Bioenergética ( termodinámica bioquímica)
Estudio de los cambios de energía que acompañen a las reacciones bioquímicas. Ciencia que se encarga del estudio cuantitativo de las transducciones o transformaciones energéticas que ocurren en los organismos vivos, y de la naturaleza y la función de los procesos químicos subyacentes a dichas transducciones

5 ENERGIA TERMODINAMICA
Los sistemas biológicos cumplen con las leyes generales de la termodinámica: Primera ley: la energia total de un sistema incluido su entorno permanece constante (transfiere o se transforma) Segunda ley: la entropía total de un sistema completo debe aumentar cuando un proceso ocurre espontáneamente

6 ENERGIA Primera ley de la termodinámica (ley de la conservacion de la energia) La energía no puede crearse ni destruirse. Energía interna: la cantidad total de energía de un sistema y su (entalpía) entorno debe ser la misma antes y después de producirse un proceso. Para cualquier cambio físico o químico que ocurra en un proceso especifico, la energía del universo se mantiene constante, es decir ,la energía no se crea ni de destruye, solo se transforma

7 ENERGIA energía libre (Delta G) (Gibbs)
Corresponde a la parte del cambio en la energía total de un sistema disponible para realizar trabajo (energía útil) (o potencial químico) (energía disponible para realizar un trabajo químico). Las reacciones solo son cinéticamente favorables cuando el sistema que experimenta el cambio dispone de energía suficiente.

8 ENERGIA PRIMERA LEY DE TERMODINAMICA
Cambio de energía: reacción procede de menor cero manera espontánea (negativa) con perdida de DeltaG < energía libre Exorgonico LIBERA ENERGIA LIBRE Cambio de energía libre: prevalecen las es igual a cero condiciones de DeltaG = equilibrio y el proceso es Isorgonico (no se intercambia energía) Cambio de energía libre: el proceso no es factible es positivo y es endorgonico GANA ENERGIA DeltaG > 0

9 ENERGIA Segunda ley de la termodinámica
Cambios espontáneos ; cuando se producen cambios físicos o químicos con liberación de energía Cambios no espontáneos ; cuando se requiere un aporte constante de energía para mantener un cambio Todos los procesos espontáneos se producen en dirección que incrementa el desorden total del universo ( un sistema y su entorno) La variación de entropía del universo es positiva para todos los procesos espontáneos

10 ENERGIA METABOLISMO; Puede definirse como un conjunto de reacciones químicas acopladas entre si, que tienen lugar dentro de todas las células de los organismos vivos. Estas reacciones cumplen una serie de funciones que le permiten a las células sobrevivir y reproducirse

11 ENERGIA METABOLISMO DE LAS CELULA CUMPLE DIVERSAS FUNCIONES ENTRE ELLAS; Favorecer la obtención de energía de los alrededores Convertir los nutrientes en sustancias reconocibles y asimilables por las células Proporcionar las moléculas que el organismo requiere, a través de polimerización de compuestos sencillos y por medio de la síntesis y degradación de moléculas que se necesitan para funciones especiales

12 METABOLISMO Dos categorías; EL ANABOLISMO; incluyen los procesos que se encargan de sintetizar moléculas complejas, como lípidos, polisacáridos u ácidos nucleicos a partir de moléculas simples. Para lograrlo consumen energía El CATABOLISMO; incluye los procesos relacionados con la degradación de sustancias complejas a sustancias mas simples. En estos procesos se genera energía

13 ENERGIA METABOLISMO Metabolismo; Catabolismo ;
las reacciones exergonicas Degradación u oxidación de las moléculas del combustible Se genera energía Anabolismo ; Reacciones de síntesis de moléculas complejas Reacciones endorgonicas, consume energía Metabolismo; La suma de el anabolismo mas el catabolismo

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15 METABOLISMO EL ANABOLISMO Y EL CATABOLISMO SON DOS CATEGORIAS ANTAGONICAS Y COMPLEMENTARIAS

16 ENERGIA REACCIONES ACOPLADAS
Formación de un intermediario mecanismo intrínsico para el control biológico de la velocidad de los procesos Control respiratorio; proceso que evita quemar las moléculas de combustible fuera de control Síntesis de un compuesto de alta energía potencial en la reacción exorgonica e incorporar el nuevo compuesto en la reacción endorgonica (transferencia de energía libre)

17 ENERGIA REACCIONES ACOPLADAS
Los procesos endorgonicos proceden mediante el acoplamiento con procesos exorgonicos En la practica un proceso endorgonico no puede existir independientemente si no que debe constituir un componente de un sistema exorgonico--endorgonico El cambio total es exorgonico

18 ENERGIA Organismos autótrofos( SE ALIMENTAN POR ELLOS MISMOS)
Para conservar los procesos vitales todos los organismos deben obtener suministros de energía libre a partir de su ambiente Organismos autótrofos( SE ALIMENTAN POR ELLOS MISMOS) procesos exorgonicos simples ( energía de la luz solar; vegetales verdes),( reacción Fe Fe3+ + e- ,en bacterias) Organismos heterótrofos(SE ALIMENTAN DE OTROS) energía libre al acoplar su metabolismo con la degradación de moléculas orgánicas complejas de su entorno (trifosfato de adenosina ; ATP )

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21 ENERGIA TRIFOSFATO DE ADENOSINA (ATP) ESTRUCTURA
Nucleótido formado por : Adenina Ribosa Unidad trifosfato Los dos grupos fosfóriles terminales están unidos por enlaces fosfoanhidrido estables en condiciones intracelulares suaves Enzimas especificas para la hidrólisis del ATP de los enlaces fosfoanhidrido

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23 ENERGIA ATP Es un intermediario en el flujo de energía desde las moléculas de alimento a las reacciones de biosíntesis del metabolismo Moneda de intercambio energético de los seres vivos

24 HIDRÓLISIS DEL ATP proporciona de forma inmediata y directa la energía libre para impulsar una variedad inmensa de reacciones bioquímicas endorgonicas Transferencia de energía libre de los procesos exorgonicos hacia los endorgonicos

25 El ATP es una molécula que utiliza la célula para transferir energía
El ATP es una molécula que utiliza la célula para transferir energía. Gran cantidad de energía liberada al romperse el enlace fosfoanhídrico.

26 HIDRÓLISIS DEL ATP Procesos: Biosíntesis de macromoléculas
Transporte activo de sustancias a través de las membranas celulares Trabajo mecánico; contracción muscular Conducción eléctrica en el sistema nervioso

27 ENERGIA ATP POTENCIAL DE TRANSFERENCIA DE GRUPO
Tendencia del ATP a hidrolizarse: ATP 4- + H ADP3- + Pi2- + H+ Delta G = -30,5 kJ/mol Fosfatos de baja energía Fosfatos de alta energía ATP ; los dos enlaces fosfoanhidrido se denominan con frecuencia de energía elevada Puede transportar grupos fosforilo desde compuestos de mayor energía a compuestos con menor energía

28 ENERGIA ENERGIA LIBRE DE ALGUNOS COMPUESTOS BIOLOGICOS FOSFORILADOS

29 ENERGIA FOSFATOS DE ENERGIA MONEDA ENERGETICA DE LA CELULA
El ATP tiene la capacidad de actuar como donador de fosfatos de alta energía El ADP puede aceptar fosfato de alta energía para formar ATP Los procesos generadores de fosfato de alta energía se conectan con los procesos utilizadores de fosfato de alta energía (ciclo ATP/ADP) El ATP se consume y regenera continuamente

30 SINTESIS DE ATP EN LA CELULAS
Dos formas diferentes, LA SINTESIS DE ATP A PARTIR DE UN SUSTRATO (FOSFORILACION A NIVEL DE SUSTRATO) 2. SINTESIS DE ATP EN LA CADENA RESPIRATORIA(FOSFORILACION OXIDATIVA)

31 SINTESIS DE ATP LA SINTESIS DE ATP A PARTIR DE UN SUSTRATO
Se sintetiza a partir de compuestos mas energéticos que el Puede producirse en presencia de oxigeno(aerobia) o en ausencia de el(anaeróbica) Puede ocurrir en diferentes sitios celulares;citosol,mitocondrias Consiste en el traspaso energético de una molécula mas energética a otra de menor energía

32 ENERGIA PRODUCCION EN CELULAS AEROBICAS SINTESIS DE ATP EN LA CADENA RESPIRATORIA
Fosforilación oxidativa. La estructura y funcionamiento complejo de las células eucariotas se mantienen gracias a las cantidades extraordinariamente elevadas de ATP que pueden generar (mitocondria) (recuperación celular). Por la habilidad para utilizar el O2 como aceptor terminal de los electrones que se extraen de las moléculas combustibles. El O2 se encuentra en todas partes de la superficie terrestre. El O2 difunde a través de membranas celulares. El O2 es muy reactivo. La cantidad de ATP integrado depende del aporte de O2 y necesidad de la célula.

33 ENERGIA MITOCONDRIA METABOLISMO AEROBIO;
Mecanismo mediante el cual la energía del enlace químico de las moléculas del alimento se captura y se utiliza para impulsar la síntesis dependiente de oxigeno de la adenosina trifosfato (ATP) (RESPIRACION CELULAR)

34 SINTESIS DE ATP LA CADENA RESPIRATORIA; se puede definir como una secuencia de proteínas que se ubican en la membrana interna de la mitocondria y que se ordenan de acuerdo con su potencial de reducción para permitir el transporte de electrones unidireccionalmente hasta el oxigeno.

35 ENERGIA LA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO (CADENA RESPIRATORIA) COMPONENTES
Membrana mitocondrial interna. Cuatro complejos; El complejo I (complejo NADH deshidrogenosa). El complejo II (complejo succinato deshidrogenosa). El complejo III (complejo citocromo bc). El complejo IV (citocromo oxidasa).

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38 CADENA RESPIRATORIA Los electrones que viajan a lo largo de la cadena respiratoria provienen de dos fuentes principales, que son dos moléculas con un alto poder reductor: EL NADH EL FADH

39 ENERGIA LA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO (CADENA RESPIRATORIA)
El complejo I (complejo NADH deshidrogenasa). Cataliza la transferencia de electrones desde el NADH a la UQ (ubiquinosa) Complejo proteico mas grande de la membrana interna. Contiene varios centros de hierro – azufre. 2.- 1 molécula de FMN. El transporte electrónico va acompañado por el movimiento de protones desde la matriz a través de la membrana interna al interior del espacio intermembrana.

40 ENERGIA LA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO EL COMPLEJO II (SUCCINATO UBIQUINONA-REDUCTASA))
Componentes: Enzima succinatodeshidrogenasa 2 proteínas hierro-azufre FAD unido covalentemente Cataliza la transferencia de electrones desde el succinato a la UQ Otras transferencias de electrones: La glicerol-3-fosfato deshidrogenasa La acetil-CoA deshidrogenasa

41 ENERGIA LA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO EL COMPLEJO III UBIQUINONA CIROCROMO C REDUCTASA
Transfiere los electrones desde la coenzima Q reducido ( UQH2) al citocromo c Contiene: Dos citocromos b Un citocromo c1 Centro hierro – azufre Los electrones se transfieren de uno en uno y se reduce en forma reversible un átomo de hierro oxidado ( Fe 3+) a Fe 2+ En el lado citoplasmático de la membrana se liberan 4 protones

42 ENERGIA LA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO COMPLEJO IV ( CITOCROMO OXIDASA)
Complejo proteico que cataliza la reducción de cuatro electrones del 02 para formar H20 Contiene: Subunidades ( 6 y 13) 2 átomos de cobre Los átomos de hierro del hemo de los citocromos a y a3 El átomo de hierro del cita3 esta asociado a un átomo de cobre denominado CUB El citocromo c transfiere los electrones de uno a uno al cit a y CUA, los electrones se ceden a cit a3 y CUB 2 moléculas de H20

43 ENERGIA FOSFORILACION OXIDATIVA
El proceso por el que la energía generada por la cadena de transporte electrónico se conserva mediante la fosforilación del ADP para dar ATP Acople entre el transporte de electrones y la sintesis de ATP en la cadena respiratoria, a partir de ADP + Pi(fosfato inorganico)

44 ENERGIA FOSFORILACION OXIDATIVA TEORIA QUIMIOSTATICA DE ACOPLAMIENTO (MODELO DE MITCHELL)
La energía libre que se libera en el transporte electrónico y la síntesis de ATP se acopla por la fuerza protón - motriz creada por la CTE ( las reacciones químicas pueden acoplarse a los gradientes osmóticos) Generación de un gradiente electroquímico ( fuerza protón-motriz) a través de la membrana interna Los protones en exceso en el espacio intermembrana pueden pasar solo a través de canales especiales( se produce el flujo termodinámicamente favorable a través de un canal que contiene actividad ATP sintasa ( síntesis de ATP)

45 ENERGIA CADENA RESPIRATORIA EL NADH COMO AGENTE REDUCTOR

46 ENERGIA LA CADENA RESPIRATORIA EL FADH2 COMO AGENTE REDUCTOR

47 El ATP se sintetiza al fluir los protones a través de la ATP sintasa
ENERGIA FOSFORILACION OXIDATIVA GRADIENTE DE PROTONES QUE GENERAN LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE ELECTRONICO El ATP se sintetiza al fluir los protones a través de la ATP sintasa Se utiliza la perdida regulada de los protones para impulsar varias clases de trabajo

48 ENERGIA SINTESIS DE ATP
ATP sintasa ( complejo v) estructuras localizadas en la superficie interna de la membrana interna Componentes principales: La unidad F1 ( la ATPasa activa)cinco subunidades diferentes responsable de la síntesis de ATP actividad catalítica La unidad Fo ( canal de transmembrana para los protones) posee tres subunidades presentes

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50 ENERGIA SINTESIS DE ATP ATP SINTASA
Se requiere para la translocacion de 3 protones a través de la ATP sintasa para sintetizar cada molécula de ATP Se requiere la transferencia de otro protón para el transporte de ATP y OH- fuera de la matriz intercambiados por ADP y Pi El efecto de la fuerza protón- motriz es inducir un giro de tres pasos de 120° de cada una de las unidades Fo

51 ENERGIA Se requieren cuatro protones para la síntesis de cada molécula de ATP; 3 para impulsar el rotor de la ATP sintasa 1 para impulsar el transporte hacia adentro del fosfato El numero de moléculas de ATP que se sintetizan por cada molécula con poder reductivo: NADH : 2.5 moléculas de ATP FADH : 1.5 moléculas de ATP

52 ENERGIA LA DEPENDENCIA ENTRE LOS PROCESOS CTE Y DE SINTESIS DE ATP

53 ENERGIA CONTROL DE LA FOSFORILACION OXIDATIVA
Permite a la célula producir solo la cantidad de ATP que se requiere de inmediato para mantener sus actividades El transporte electrónico y la síntesis de ATP están estrechamente acoplados Control de la fosforilación oxidativa por la concentración de ATP; las mitocondrias solo pueden oxidar el NADH y el FADH2 cuando hay una concentración suficiente de ADP y Pi Control respiratorio ; control de la respiración aeróbica por ADP La formación de ATP parece estar fuertemente relacionada con el cociente de acción de masas del ATP ATP ( [ ATP ]/ [ ADP] [ Pi ]

54 ENERGIA CANTIDADES DE ATP Y ADP DENTRO DE LAS MITOCONDRIAS
Controladada : Proteínas de transporte de membrana interna; Translocalizador ADP-ATP ( antiporte ADP/ATP), (nucleótido translocasa o ATP translocasa) proteína responsable del intercambio 1:1 de ATP intramitocondrial por ADP producido en el citoplasma Translocasa de fosfato: el transporte de H2PO4- junto con un protón se producen por simporte H2PO4-/H+

55 ENERGIA LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE EN LA MEMBRANA INTERNA DE LA MITOCONDRIA RELACIONADOS CON LA FOSFORILACION OXIDATIVA

56 Inhibidores del transporte de electrones Inhibidores de la ATP-sintasa
ENERGIA AGENTES QUE PUEDEN ALTERAR LA SINTESIS DE ATP ASOCIADOS A LA CADENA RESPIRATORIA Desacoplantes Inhibidores del transporte de electrones Inhibidores de la ATP-sintasa Inhibidores de ATP- translocasa

57 ENERGIA ALTERAN LA SINTESIS DE ATP DESACOPLANTES
Evitan el acople entre el transporte de electrones y la fosforilación de ADP para sintetizar el ATP: Valinomicina 2,4 dinitrofenol Termogenina o proteína desacoplante granidicina

58 Cianuro ( ácido cianhídrico HCN ) Monóxido de carbono
ENERGIA ALTERAN LA SINTESIS DE ATP INHIBIDORES DEL TRANSPORTE DE ELECTRONES Antimicina Rotenoina Barbitúricos Cianuro ( ácido cianhídrico HCN ) Monóxido de carbono

59 ENERGIA ALTERAN LA SINTESIS DE ATP
Los inhibidores de la ATP-sintasa Oligomicina Los inhibidores de nucleótido translocasa atractosilo