ENERGÍA y METABOLISMO Unidad 3

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1 ENERGÍA y METABOLISMO Unidad 3
EL PRESENTE MATERIAL ES UNA SÍNTESIS QUE NO REEMPLAZA, SINO QUE COMPLEMENTA, AL RESTO DE LOS MATERIALES

2 Qué es la energía? Lo definimos como la capacidad para realizar un trabajo. ENERGÍA LUMÌMICA ENERGÍA EÓLICA ENERGÍA ELÉCTRICA ENERGÌA POTENCIAL ENERGÌA CINÉTICA ENERGÍA QUÍMICA (energía de los enlaces PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA: LA ENERGÍA NO SE CREA NI SE DESTRUYE, SE TRANSFORMA LA ENERGÍA TOTAL PERMANECE CONSTANTE

3 SISTEMAS LOS SERES VIVOS SOMOS SISTEMAS ABIERTOS
Un sistema abierto intercambia materia y energía con el entorno. Como la energía no se crea ni se destruye permanece constante en el universo Materia Sistema Energía Universo

4 TERMODINÁMICA PRIMERA LEY
La Termodinámica es rama de la Física que estudia la energía y sus transformaciones. PRIMERA LEY La energía no puede ser creada ni destruida, sino que se convierte de una forma a otra. SEGUNDA LEY En toda conversión energética, la energía potencial (útil) del estado final siempre es menor que la energía potencial del estado inicial (siempre y cuando no se quite ni suministre energía extra al sistema que se estudia) . Es decir que en toda transformación energética hay una “inevitable” pérdida de energía, por lo que los sistemas tienden a un estado menos organizado, de mayor desorden (mayor entropía).

5 TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS
Los productores transforman energía lumínica en energía química CALOR Cada transformación energética libera energía en forma de calor SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA: El calor (o entropía) del universo siempre aumenta ENERGÍA LUMÍNICA FOTOSÍNTESIS Este concepto se vincula con el de energía útil para los seres vivos. Recordemos que el calor es una forma de energía NO UTIL para seres vivientes por lo tanto, considerando el sistema “seres vivos”, cada proceso metabólico transforma energía útil en no útil, incrementando el calor o entropía del universo. ENERGÍA QUÍMICA

6 Algunos ejemplos….. CALOR ATP ENZIMAS
En el proceso de combustión (oxidación) toda la energía química (enlaces covalentes de la glucosa, que compone la celulosa de la madera) se transforma en calor. Cuando comemos almidón, también formado por glucosas, lo oxidamos en nuestras células. Parte de la energía original de la glucosa queda contenida en el ATP, mientras que otra parte se transforma en calor CALOR RESPIRACIÓN CELULAR DIGESTIÓN ATP ENZIMAS LOS PROCESOS METABÓLICOS PRODUCEN LA OXIDACIÒN DE COMPUESTOS DE MANERA CONTROLADA. ESTE CONTROL SE LLEVA A CABO POR ENZIMAS.

7 Las reacciones metabólicas pueden ser Exergónicas o Endergónicas
Reacciones Exergónicas La energía de los reactivos (Ei) es mayor que la de los productos (Ef) LIBERAN ENERGÍA Son espontáneas Reacciones Endergónicas La energía de los reactivos (Ei) es menor que la de los productos (Ef) REQUIEREN ENERGÍA

8 Intercambio de materia y energía con el medio ambiente
Metabolismo Seres Vivos realizan METABOLISMO Intercambio de materia y energía con el medio ambiente implica CATABOLISMO ANABOLISMO Conjunto de reacciones metabólicas de síntesis o fabricación de moléculas complejas a partir de moléculas más simples  Endergónicas Conjunto de reacciones metabólicas de degradación o ruptura de moléculas complejas en moléculas más simples  Exergónicas

9 ATP y Transporte de Energía
La molécula de ATP transporta energía en sus uniones entre grupos fosfato, llamadas Uniones de Alta Energía.

10 Metabolismo y ATP El ATP es el intermediario que transporta en sus enlaces de alta energía, la energía liberada por la ruptura de uniones químicas en las reacciones catabólicas. La lleva a las reacciones anabólicas, que la requieren para la formación de nuevos enlaces químicos.

11 Metabolismo y Enzimas REACTIVOS PRODUCTOS transformación
En las células, las transformaciones químicas son muy rápidas, ocurren en minutos o en segundos. Esto es posible debido a la presencia de las enzimas : moléculas proteicas que catalizan (aceleran) las reacciones bioquímicas y regulan el metabolismo.

12 Las enzimas: catalizadores biológicos
Son proteínas Son específicas (se unen a un determinado Sustrato ) Actúan en bajas concentraciones Se liberan si sufrir modificaciones Son reutilizables No modifican la Ei (de los reactivos) ni la Ef (de los productos) E + S  ES  EP  E + P

13 Especificidad Enzima-Sustrato
Modelo Llave-Cerradura Enzima y sustrato poseen complementariedad geométrica, sus estructuras encajan exactamente una en la otra. La región de la enzima donde se une el Sustrato se llama Sitio Activo. Modelo Encaje Inducido

14 Las enzimas: catalizadores biológicos
La reacción catalizada es catabólica y exergónica La reacción catalizada es anabólica y endergónica Clase 14 14 14

15 Enzimas y Energía de Activación
La Energía de Activación (Ea) es la energía necesaria para que las moléculas de sustrato se reordenen y transformen en producto. Las enzimas no modifican la energía inicial o la energía final de una reacción. Sólo disminuyen la energía de activación. Las enzimas modifican la energía de activación haciendo que las reacciones resulten más rápidas. En ausencia de enzimas, la reacción sería extremadamente lenta, incompatible con la vida.

16 CINÉTICA ENZIMÁTICA ENZIMAS MICHAELIANAS Curva hiperbólica
SATURACIÓN: Cuando todos los sitios activos de las enzimas están ocupados por el sustrato. En ese momento la actividad enzimática alcanza la velocidad máxima. KM: concentración de sustrato a la que la enzima alcanza la mitad de la velocidad máxima. Indica la afinidad de la enzima por el sustrato. 16

17 ENZIMAS ALOSTÉRICAS Curva sigmoidea
MODULADOR ALOSTERICO POSITIVO: Molécula que se une a la enzima y aumenta la afinidad de la enzima por el sustrato, acelera la reacción. Curva sigmoidea Poseen, además del Sitio Activo, Sitios Alostéricos a los que se unen moléculas Moduladoras. MODULADOR ALOSTERICO NEGATIVO: Disminuye la afinidad de la enzima por el sustrato, la reacción se hace más lenta.

18 Modulación Alostérica
Curva con modulador negativo: la velocidad de la reacción es la más baja. Curva sin modulador: la velocidad de la reacción es media (estado basal). Curva con modulador positivo: la velocidad de la reacción es la más alta. Los Moduladores modifican la afinidad de la Enzima por el Sustrato y, por lo tanto, la velocidad de la reacción. Con enzimas alostérica se pueden regular las velocidades de las reacciones metabólicas de acuerdo a las necesidades de las células.

19 Regulación de Vías Metabólicas
El metabolismo presenta una gradualidad a través de las vías metabólicas E1 E2 E3 En una vía metabólica el producto de la actividad de una enzima es sustrato de la siguiente. Con lo cual, las reacciones están “encadenadas” y si una de las enzimas se inactiva o está modulada negativamente, toda la vía se ve afectada. Los puntos de control se encuentran en las enzimas alostéricas. Si contienen moduladores positivos aumentan la velocidad de toda la vía, si tienen moduladores negativos hacen que ésta sea más lenta.

20 Efecto del pH en la actividad enzimática
El pH es una medida del grado de acidez. Cada enzima tiene un pH óptimo para su actividad. Dentro del mismo organismo pueden encontrarse diferentes valores de pH: en estómago pH=2, en plasma sanguíneo pH=7,4 etc. 20

21 Efecto de la temperatura en la actividad enzimática
Las enzimas tienen una temperatura óptima. Esta es una condición que depende de la especie. 21

22 Coenzimas Las coenzimas son pequeñas moléculas orgánicas, que se unen a la enzima. Las coenzimas colaboran en la reacción enzimática recibiendo transitoriamente algún grupo químico: H+ , OH, CH3 . La enzima sin la coenzima recibe el nombre de APOENZIMA y es inactiva. Al unirse la COENZIMA, forman la HOLOENZIMA que es la forma activa. Cofactores Sustancias diferentes, no proteicas, necesarias para la actividad enzimática. En general son iones como el Cu++, K+, Mn++, Mg++. 22

23 Inhibidores Competitivos
Una molécula ajena al organismo, con estructura similar a la del sustrato compite con éste por el sitio activo de la enzima Se une solo a la enzima libre V MAX no se altera y K M cambia Si aumenta la cantidad de SUSTRATO el inhibidor competitivo es desplazado y se forma producto. Algunos antibióticos son inhibidores competitivos de enzimas bacterianas

24 Inhibidor No Competitivo
Una molécula ajena se une a un lugar diferente del sitio activo la enzima Por acción del inhibidor disminuye la VMAX pero el valor de KM no se altera

25 Inhibidores Irreversibles
Producen inactivación permanente de la enzima. Se unen a la enzima en forma permanente e irreversible. Se interfiere con el normal desarrollo de una reacción o vía metabólica