BIOENERGÉTICA

BIOENERGÉTICA .- Sistema: parte del universo aislada para su estudio. DEFINICIONES GENERALES .- Sistema: parte del universo aislada para su estudio. .- Estado: condición de un sistema determinado por el valor de sus propiedades termodinámicas (energía, temperatura, presión, densidad, etc). .- Proceso: conjunto de acciones que generan cambios en el estado del sistema.

BIOENERGÉTICA DEFINICIONES GENERALES .- Energía: capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo. .- Termodinámica: ciencia que se encarga del estudio de los cambios de energía que ocurren durante los procesos físicos y químicos. .- Bioenergética: ciencia que se encarga del estudio de las transformaciones de energía que generan las reacciones químicas en los seres vivos .

Principio de la conservación de la energía BIOENERGÉTICA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Principio de la conservación de la energía “Durante cualquier PROCESO termodinámico la ENERGÍA ni crea ni se destruye, simplemente se transforma de una forma a otra, por lo tanto la energía del universo permanece constante”

Almidón, celulosa, sacarosa y otros carbohidratos PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA sol CO2 + H2O CO2 + H2O Energía (ATP) O2 + C6H12O6 (GLUCOSA) Almidón, celulosa, sacarosa y otros carbohidratos

Ley de la dirección de los procesos SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA Ley de la dirección de los procesos “ Todos los sistemas siempre tienden a incrementar el desorden por lo tanto en todos los procesos naturales la ENTROPÍA del universo aumenta” Proceso reversible no espontáneo: todo proceso en el cual se puede restituir el estado original del sistema sin ocasionar cambios en otros sistemas. Proceso irreversible o espontáneo: todo proceso en el cual no se pueden restituir las condiciones originales del sistema sin ocasionar cambios en otros sistemas.

TÉRMINOS ASOCIADOS A LOS CAMBIOS DE ENERGIA EN LAS REACCIONES QUÍMICAS Entropía (S) Es una magnitud física que, mediante el calculo, permite determinar la cantidad de energía que no puede utilizarse para producir trabajo y es una medida del desorden que hay en un sistema.

TÉRMINOS ASOCIADOS A LOS CAMBIOS DE ENERGIA EN LAS REACCIONES QUÍMICAS Entalpía (H) Es el contenido calórico de un sistema o cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno. ∆H ? ∆H = + ENDOTERMICO EXOTERMICO ∆H = -

TÉRMINOS ASOCIADOS A LOS CAMBIOS DE ENERGIA EN LAS REACCIONES QUÍMICAS Energía libre de Gibbs (G) Es el tipo de energía capaz de realizar trabajo a temperatura y presión constante Dirección de la reacción. Si hay suficiente energía para realizar el trabajo Proporciona información sobre ∆G ? ∆G = + ENDERGONICA EXERGONICA ∆G = -

Energía libre Estándar (G’º) Condiciones estándar: Temperatura 25 ºC(= 298 ºk) Presión 1 atm Los Reactantes y Productos están presentes inicialmente a una concentración de 1M

EQUILIBRIO EN REACIONES QUIMICAS [A] + [B] [C] + [D] [C] x [D] Keq = [A] x [B]

Relación entre ∆G y Keq Cuando la reacción está en el equilibrio, ∆G = 0 R = constante de los gases =1,987 cal / K mol T = temperatura = 298K Ln = logaritmo natural (logaritmo neperiano) Keq = constante de equilibrio CD = concentraciones de productos AB = concentraciones de reactantes

Relación entre ∆G’º y Keq La reacción procede en el sentido planteado La reacción está en equilibrio La reacción procede en el sentido inverso al planteado

Transformación Biológica de la Energía Reacciones Químicas Celulares Reacciones Exergónicas Reacciones Endergónicas Reacciones ACOPLADAS

Acoplamiento de las Reacciones Exergónicas y Endergónicas Reactantes Productos Sustratos Productos Libera Energía Libre (-∆G°’)

Reacciones Acopladas ∆G (kcal/mol Glucosa + ATP Glucosa-6-P + ADP -3,4 Glucosa-6-P Fructosa-6-P +0,5 Glucosa + ATP Fuctosa-,6-P + ADP - 2,9

Ejemplo de Acoplamiento

Cálculos de variación de Energía Libre Estándar ∆G° Por la constante de equilibrio de la reacción. Por aditividad de ∆G° en reacciones acopladas. Por los calores de formación de sustratos y productos. A partir de la hidrólisis de compuestos ricos en energía (ATP).

ATP Funciones del ATP (ADENOSIN TRIFOSFATO) El ATP es un nucleótido especializado en la transferencia de energía en las reacciones químicas de las células. Funciones del ATP .- Fuente de energía inmediata para los trabajos biológicos: Contracción muscular, transporte celular, digestión, reproducción, reparación de tejidos. .- Coenzima de quinazas en la transferencia de grupos fosfatos. .- Señalización intracelular y extracelular.

“EL PORQUE DE SU ENERGÍA” ATP ESTRUCTURA “EL PORQUE DE SU ENERGÍA” Adenina Adenina Adenina Grupos fosfato Ribosa

HIDRÓLISIS DEL ATP. Liberación de energía. Adenosin trifosfato (ATP) Energía P i Adenosin di fosfato (ADP) Fosfato inorgánico H2O + DG = –7.3 kcal/mol ATP H2O ADP P i +

HIDRÓLISIS DEL ATP. Liberación de energía.

CICLO DEL ATP. Uso de su energía. Producción de Energía del catabolismo Consumo de Energía en el Anabolismo ADP P + i

PRODUCCIÓN CELULAR DEL ATP En la célula se puede formar ATP a través de: .- Metabolismo anaeróbico (sin oxigeno) 1.- Sistema ATP-PC (Fosfágeno) 2.- Glucolisis anaeróbica. .- Metabolismo aeróbico (con oxigeno) 1.- Fosforilación oxidativa en cadena de transporte de electrones .

fosfatos de alta energía. FOSFAGENOS Diversos compuestos presentes en las células musculares que actúan como almacén de fosfatos de alta energía. .- La Fosfocreatina (PC) Presente en vertebrados y algunos invertebrados .- La Fosfoarginina Presente en invertebrados.

FOSFAGENOS FOSFOCREATINA (PC) ADP + PC ATP + C FUNCION: Donar grupo fosfato (Pi) de alta energía a una molécula de ADP para permitir la resíntesis rápida del ATP. E: Fosfocreatinquinasa ADP + PC ATP + C UTILIDAD –VENTAJA: Representa una fuente rápida de disponer de ATP para uso muscular. DESVENTAJA: Produce relativamente pocas moléculas de ATP.

Fosfatos Orgánicos de Alta Energía