BIOENERGTICAKarina Orozco

ObjetivosReconocer la importancia del flujo energtico en los sistemas vivos.

Utilizar los valores de cambio en energa libre para predecir la espontaneidad de las reacciones qumicas en los organismos.

Relacionar la bioenergtica con el metabolismo celular

Requerimientos celularesMateriales estructuralesCatalizadoresInformacinEnergaMonosacridoscidos grasosAminocidosNucletidosAguaMineralesEnzimasRibozimasAlmacenamiento (ADN)Transmisin (ARN)Expresin (protenas)ObtenerAlmacenarUtilizar

ENERGAEs la capacidad para realizar cambios especficos

Necesaria para:Impulsar reacciones implicadas en la formacin de componentes moleculares

Propulsar las actividades en que participan dichos componentes

SntesisMecnicoConcentracinCalorLuzElctrico

Materia y EnergaMateria: todo lo que tiene masa, volumen y ocupa un lugar en el espacio

Energa: La capacidad de un sistema para realizar un trabajo

Clases de Energa: mecnica, elctrica, potencial, qumica, calorfica, lumnica etc.

Prdidas de calorEnerga solarAumento de E. LibreDisminucin entropaPrdidas de calorDisminucin de E. LibreAumento entropaFottrofosQuimitrofosCompuestos orgnicosOxgenoAguaDixido de carbonoNitratoEnerga qumicaFlujo de energa y materia Energa: unidireccionalMateria: cclico

TERMODINMICAEstudia el flujo de energa en los sistemas (cambios energticos)

Las leyes termodinmicas gobiernan los cambios energticos en una reaccin, y proveen herramientas para predecir la espontaneidad de la misma

BIOENERGTICADescribe la transferencia y utilizacin de la energa en los sistemas biolgicos

Utiliza las ideas bsicas de la termodinmica, particularmente el concepto de energa libre

Los cambios en la energa libre (DG) permite cuantificar y predecir la factibilidad energtica de una reaccin qumica

El Universo Se compone de dos partes:Sistema: La parte del universo bajo estudioEspacio fsico o porcin de materia contenida dentro de un lmite o fronteraEj. una clula, una mquina, un vaso de precipitado

EntornoRegin fuera del lmite o frontera El sistema intercambia materia o energa con l

Clases de sistemasentornoentornoSistema abiertoSistema cerradoIntercambio de energaNo hay intercambio de energa

Formas de Intercambio de Energa entre un sistema y el entornoCALOR:Es una forma de energa til para las mquinas

En organismos permite mantener temperatura corporalTRABAJO:Utilizar la energa para cualquier proceso diferente al flujo de calor

Leyes TermodinmicasPrimera Ley: Conservacin de la energaLa energa total del universo permanece constante, aunque puede cambiar

En una clula, la cantidad total de energa que sale, debe ser exactamente igual a la que entra, menos la energa que quede almacenada en el sistema

Leyes TermodinmicasSegunda Ley: Espontaneidad termodinmica

En cada cambio fsico o qumico, se incrementa la aleatoriedad (desorden) del universo Toda reaccin espontnea obtienen como resultado disminuir el contenido de energa libre del sistema

Espontaneidad termodinmicaIndica si una reaccin qumica puede producirse, pero no indica si se producir.

Puede evaluarse por:Aumento en la Entropa (medida de desorden)

Disminucin de la Energa libre (medida de la capacidad del sistema para realizar un trabajo)

Espontaneidad termodinmicaEn ocasiones, la entropa del sistema puede aumentar, disminuir, o quedar igual, as que no es un valor adecuado para predecir la espontaneidad de los proceso biolgicos

Debe usarse un parmetro que permita la prediccin de la espontaneidad de una reaccin, considerando solamente el sistema

Energa libreEnerga que est disponible para hacer un trabajo til

Para sistemas biolgicos, con presin, volumen y temperatura constantes, la variacin de energa libre (DG), se relaciona con las variaciones de entalpa y entropaH= G + TS

Variacin de Energa Libre DGLa variacin de energa libre es una medida de la espontaneidad termodinmica, basada nicamente en las propiedades del sistema donde ocurren las reacciones

DG se puede calcular a partir de la Keq, a partir de las concentraciones de reactivos y productosG = -R T ln KeqR= Constante de gases 1.9 cal.//molT= Temperatura en Kelvin.lnKeq log. Natural de Keq.Keq = [productos] / [reactantes]

Equilibrio QumicoSe establece cuando las velocidades de las reacciones directa e inversa son iguales

A + B C + D

Reaccin directa Reaccin inversa

Permite predecir la direccin a la que una reaccin ocurre espontneamente

Se obtiene al dividir la concentracin de los productos entre los reactivos en el equilibrio K eq = [C] [D] [A] [B]

Constante de equilibrio Keq

Valores de la KeqKeq > 1 concentracin de productos mayor que concentracin de reactivos. La reaccin favorecida es hacia la derecha (reaccin directa)

Keq < 1 concentracin de reactivos mayor que concentracin de productos. La reaccin favorecida es hacia la izquierda (reaccin inversa)

Keq = 1 concentracin de reactivos igual a concentracin de productos

Valores de la KeqSi la concentracin de productos = 10 y la concentracin de reactivos = 2 Keq = 5 se favorece reaccin directa

Si la concentracin de productos = 2 y la concentracin de reactivos = 10Keq = 0.1 se favorece reaccin inversa

Si la concentracin de productos = 2 y la concentracin de reactivos = 2 Keq = 1 est en equilibrio

Energa Libre Estndar DGEs el cambio de energa que se hace en un calormetro bajo condiciones estndar de:Temperatura = 25 C (298 K) Presin = 1 atmsfera Concentracin 1 M pH = 7

Dentro de una clula no se dan las mismas condiciones

Utilidad de DG y DGMedidas tiles para cuantificar en qu direccin debe producirse una reaccin para alcanzar el equilibrio y a qu distancia se encuentra de este

En las clulas, las reacciones se desplazan al equilibrio pero no lo alcanzan, porque sera una reaccin detenida DG = 0

Procesos exergnicos y endergnicosLos procesos qumicos pueden ocurrir con la absorcin o liberacin de energa, que usualmente se manifiesta en forma de calor y/o de trabajo

Los procesos que liberan energa son favorecidos, ocurren espontneamente

Los procesos que absorben energa no son favorables, ocurren cuesta arriba

Proceso espontneo y Proceso que requiere energa

Reacciones exergnicas y endergnicasReaccin exergnicaReaccin qumica que es espontneaLibera energa al entornoSu Keq es > 1Su DG < 1 (negativa)

Reacciones exergnicas y endergnicasReaccin endergnicaReaccin qumica que ocurre cuesta arribaNecesita energa para ocurrir Su Keq es < 1Su DG > 1 (positiva)

METABOLISMOConjunto de reacciones bioqumicas que ocurren en un organismo, incluyendo su coordinacin, regulacin y necesidades energticas

El metabolismo es un proceso de transformacin de energa donde el catabolismo proporciona la energa requerida para el anabolismo

Vas catablicas y anablicasVAS CATABLICASVAS ANABLICASMolculas en los alimentosVariedad de molculas que forman a una clulaVariedad de monmeros para biosntesis de macromolculasEnerga para realizar trabajo

CATABOLISMORuta metablica de degradacin de macromolculas (grasas, carbohidratos y protenas) en molculas ms simples

Se dan los procesos de oxidacin y formacin de los cofactores reducidos NADH, NADPH y FADH2

Se libera la energa qumica (procesos exergnicos) y se produce ATP a partir de ADP Hay convergencia de rutas metablicas

ANABOLISMORuta metablica de biosntesis o construccin de macromolculas (protenas, ADN) a partir de molculas precursoras ms pequeas Se dan los procesos de reduccin y formacin de los cofactores oxidados NAD+, NADP+ y FAD+

Requiere de energa (procesos endergnicos) por lo que se consume ATP

Hay divergencia de rutas metablicas

Reacciones AcopladasLa energa de una reaccin exergnica se utiliza para realizar una endergnica

Mecanismos para el intercambio de Energa en los Sistemas VivosTransferencia del grupo fosforilo ATP-ADP

Cada fosforilacion o desfosforilacin intercambian 7.3Kcal/mol.

Actividades celulares en que participa el ATPATPSntesis molecularFlujo de informacin (ncleo~citoplasma)Movimiento de vesculasBombeo inicoProduccin de compuestosEliminacin de compuestosContraccin muscular

Otros compuestos fosforilados de alto contenido energtico

Fosfoenol-piruvato -14.8 Carbamil-fosfato -12.3Fosfocreatina -10.3ATP ( ------> ADP + Pi) -7.3 ADP ( --------> AMP + Pi) -7.3 AMP (---------> Adenosina + Pi) -3.4Glucosa-6-fosfato -3.3Glicerol-1-fosfato -2.2

Mecanismos para el intercambio de Energa en los Sistemas VivosReacciones de xido-reduccin

implican cambios en el estado electrnico de los reactantes (ganancia o prdida de electrones yo protones)

Gracias...