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. El cambio en la 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.

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 Tercera ley: al acercarse la temperatura de un cristal sólido perfecto al cero absoluto (0 k) el desorden se aproxima a cero

6 ENERGIA Primera ley de la termodinámica.
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 proceso real o factible cambio de energía libre es negativo. El sistema tiene mas energía libre en el estado inicial que en el estado final. Delta G = G final – G inicial.

7 ENERGIA PRIMERA LEY DE TERMODINAMICA
Cambio de energía: reacción procede de menor cero manera espontánea (negativa) con perdida de DeltaG < energía libre (Exorgonico) 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 DeltaG > 0

8 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

9 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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11 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)

12 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

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

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16 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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18 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

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

20 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

21 ENERGIA ENERGIA LIBRE DE ALGUNOS COMPUESTOS BIOLOGICOS FOSFORILADOS

22 ENERGIA ATP HIDRÓLISIS EXORGONICA
A valores de PH intracelular, el ATP lleva tres a cuatro cargas negativas que se repelen entre ellas ( la hidrólisis del ATP reduce la repulsión electrostática ; molécula metaestable) Hibridación de resonancia; los productos de la hidrólisis del ATP son mas estables que el ATP ( cuando un a molécula tiene dos o mas estructuras alternativas que solo se diferencian en la posición de los electrones) Los productos hidrolizados del ATP: adenosin difosfato ( ADP ) y el fosfato inorgánico (Pi ), o bien el adenosin monofosfato ( AMP) y el pirofosfato (PPi), se solvatan con mas facilidad que el ATP

23 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

24 ENERGIA FOSFATOS DE ALTA ENERGIA
Fuentes principales que toman parte en la conservación de la energía (captura de energía). Fosforilación oxidativa. Fuente cuantitativamente mas grande de fosfato en organismos aerobios. La energía libre proviene de la oxidación en la cadena respiratoria utilizando O2 molécular en el interior de las mitocondrias. Glucólisis.- (síntesis de ATP a partir de un sustrato) Requiere de compuesto mas energético que el. De la formación del lactato a partir de una molécula de glucosa resulta la formación neta de 2 enlaces fosfato de alta energía. Ciclo del ácido cítrico. En el paso de la succinil tiocinasa se genera en forma directa un enlace de fosfato de alta energía.

25 ENERGIA FOSFATOS DE ALTA ENERGIA PRODUCCION EN CELULAS AEROBICAS
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.

26 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)

27 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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30 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.

31 ENERGIA LA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO EL COMPLEJO III (SUCCINATO DESHIDROGENASA)
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

32 ENERGIA LA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO EL COMPLEJO III ( CITOCROMO bc 1)
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

33 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

34 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

35 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)

36 ENERGIA CADENA RESPIRATORIA EL NADH COMO AGENTE REDUCTOR

37 ENERGIA LA CADENA RESPIRATORIA EL FADH2 COMO AGENTE REDUCTOR

38 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

39 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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41 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

42 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

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

44 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 ]

45 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+

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

47 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

48 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

49 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

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

51 ENERGIA ATP FOSFAGENOS
Actúan como formas de almacenamiento de fosfato de alta energía: Fosfato de creatina ( músculo esquelético, corazón , espermatozoides, cerebro Fosfato de arginina ( músculos invertebrados) Fuente pronta de energía en las contracciones musculares Razón ATP/ADP ALTA: aumenta su concentración, almacen de fosfato de alta energía

52 ENERGIA RESUMEN DE LA SINTESIS DE ATP A PARTIR DE LA OXIDACION DE UNA MOLECULA DE GLUCOSA