Bioenergética y metabolismo

 Es el estudio del balance entre la energía captada por los seres vivos y cómo esta energía es utilizada Todos los procesos en un organismos vivo envuelven cambios de energía

 Calor  Cinética  Electromagnética  Nuclear  Química  E = q+w Sistemas bioquímicos actúan a presión, volumen y temperatura constante Q: calor W: trabajo

 G =  H -T  S sys  En bioquímica,  G es medida a 25 o C, 1 atm y a 1 M para los reactantes excepto para los protones que a pH 7 y se representa como  G o ’ ¿Reacción espontánea?

En el equilibrio,  G = ?  G o = ?  G o ' = energía libre estándard (at pH 7, 1M reactantes y productos); R = constante de los gases; T = temp.

DHAP  Gliceraldehido-3-fosfato  En el equilibrio, 298K, pH 7, la proporción de [G-3-P]/[DHAP] =   G = 0 por definición

DHAP  Gliceraldehido-3-fosfato  G = 0 =  Gº' + RTln(0.0475)  Gº' = -RTln(0.0475) = x 10-3 kcal/(mol-deg) * 298 * (-3.047) = kcal/mol

Los cambios de energía libre de reacciones acopladas son aditivos. Reacciones acopladas A + H 2 O  B + PO 4 -3  G o ' =  31 kJ/mol PO glucosa  glucosa-6-fosfato + H 2 O  G o ' = +14 kJ/mol Reacción acoplada: A + glucosa  B + glucosa-6-fosfato  G o ' =  17 kJ/mol Reacción catalizada por una enzima

Reacciones con un intermediario común Enzima 1: A + ATP  B + AMP + PP i  G o ' = + 15 kJ/mol Enzima 2: PP i + H 2 O  2 P i  G o ' = – 33 kJ/mol Suma de las dos reacciones: A + ATP + H 2 O  B + AMP + 2 P i  G o ' = – 18 kJ/mol Reacción catalizada por dos enzimas Reacciones acopladas Los cambios de energía libre de reacciones acopladas son aditivos.

Enlaces fosfoanhídridos tienen un  G de hidrólisis muy negativo o un alto potencial de transferencia de grupos fosfato

ATP

Hidrólisis de los enlaces fosfoanhídridos AMP - P - P  AMP - P + P i (ATP  ADP + P i ) AMP - P  AMP + P i (ADP  AMP + P i ) Alternativamente: AMP - P - P  AMP + P - P (ATP  AMP + PP i ) P - P  2 P i (PP i  2P i )

 Estabilización por resonancia de los productos es mayor que la estabilización por resonancia del ATP.  Repulsión electrostática de los oxígenos. ¿Porqué los enlaces fosfoanhídridos tienen un  G de hidrólisis muy negativo ?

Ejemplo de  G de hidrólisis de grupos fosfato en biomoléculas

 La suma de las reacciones químicas que ocurren en una célula  Las reacciones químicas están organizadas en vías  Sustrato de una vía es transformado en producto con la participación de numerosos intermediarios  Las vías principales son comunes en todos los organismos

 De dónde obtienen su energía? ◦ Sol vs. compuestos químicos ◦ Foto- vs. Quimio-  Cómo obtienen el carbono? ◦ CO 2 vs. compuestos orgánicos ◦ Auto- vs. Hetero-  Ejemplos ◦ Fotoautotróficos vs. Fotoheterotróficos ◦ Quimioautotróficos vs. Quimioheterotróficos

 Catabolismo: vías degradativas ◦ Generan energía  Anabolismo: vías biosintéticas ◦ Requieren energía!

Organización de las vías metabólicas

 NAD + o FAD se reducen  Catabolismo es oxidativo  Anabolismo es reductivo

NAD +, Nicotinamida Adenina Dinucleotido, es un aceptor de electrones en las vías catabólicas

NAD + + 2e  + H +  NADH

FAD (Flavina Adenina Dinucleotido) es un aceptor de electrones en las vías catabólicas FAD accepta 2 e  + 2 H + FAD + 2 e  + 2 H +  FADH 2

 NAD + es una coenzima, se une reversiblemente a las enzimas  FAD es un grupo prostético, se une irreversiblemente al sitio activo de las enzimas