bioenergética Tec 2010 [Modo de compatibilidad] · Es el análisis cuantitativo de la forma en que...
Transcript of bioenergética Tec 2010 [Modo de compatibilidad] · Es el análisis cuantitativo de la forma en que...
BIOENERGÉTICA
BIOENERGÉTICABIOENERGÉTICA
Es el análisis cuantitativo de la forma en que losorganismos adquieren y utilizan la energía.
1. Conservación de la energía:
Las transformaciones de
La energía puede cambiar deforma, pero no puede sercreada ni destruida.Las transformaciones de
la energía en las células obedecen las leyes de la
termodinámica
creada ni destruida.
2 Entropía: En el universotermodinámica. 2. Entropía: En el universosiempre se tiende aincrementar el desorden. Entodo proceso natural laentropía tiende a aumentar.
1.- PARÁMETROS TERMODINÁMICOS
a) ENTALPÍA (H)
Expresa el calor absorbido o liberado en una reacción química.
ΔH = Hproductos – Hsustratos
ΔH negativo → Exotérmica
ΔH positivo → Endotérmica
b) ENTROPÍA (S)ENTROPÍA (S)
Expresa el grado de desorden de una reacción química.
ΔS = Sproductos – Ssustratos
ΔS positivo → Espontánea
ΔS negativo → No espontánea
c) ENERGÍA LIBRE DE GIBBS (G)c) ENERGÍA LIBRE DE GIBBS (G)
Expresa la cantidad de energía necesaria para realizar trabajo.
(P T t )(P y T cte)
ΔG = Gproductos – Gsustratos
ΔG negativo → Exergónica
ΔG positivo → EndergónicaΔG positivo Endergónica
Ecuación de Ecuación de GibbsGibbs--HelmholtzHelmholtz::
ΔG ΔH T ΔSΔG = ΔH – T ΔS
2.- CLASIFICACIÓN DE LAS REACCIONES
ÓΔG negativo EXERGÓNICA
Reacciones que ocurrentá tespontáneamente.
Liberan energía.
ΔG positivo ENDERGÓNICA
Reacciones que no ocurrenespontáneamente
Requieren energía paraocurrir.
SERES VIVOS
Máquinas Sistemas químicas
que operantermodinámicos
abiertos en que operan a T y P
constantesestado
estacionarioconstantes estacionario
3 - DETERMINACIÓN DE LA ENERGÍA LIBRE
a) Energía libre estándar y constante de equilibrio
3. DETERMINACIÓN DE LA ENERGÍA LIBRE
Gº R T l K
a) Energía libre estándar y constante de equilibrio
ΔGº = -R T lnKeq
R = constante de los gases 8.31 J/mol K
T = temperatura en K (298 K = 25 ºC)
Keq = constante de equilibrio en condiciones biológicas (pH = 7.0)
Keq Ln Keq ∆G° Comentario
>1 Positivo Negativo La formación de los productosse ve favorecida en elequilibrio.
=1 Cero Cero La formación de los productosy reactantes es igualmentefavorecida al alcanzar elequilibrio.
<1 Negativo Positivo La formación de reactantes seve favorecida en el equilibrio.
Ejemplo: isomerización de la glucosa-1-fosfato a glucosa-6-fosfato,reacción catalizada por la enzima fosfoglucomutasa:
GLUCOSA 1 P GLUCOSA 6 P
eacc ó ca a ada po a e a os og uco u asa
GLUCOSA-1-P GLUCOSA-6-P
Cuando se alcanza la condición de equilibrio la concentración deglucosa-1-fosfato es 0.001M y la concentración de glucosa-6-fosfatoes 0.019M, a 25°C y pH 7. Con estos valores se determina laconstante de equilibrio Keq.
Keq = G6P/G1P = 19
A partir de este valor se puede calcular ∆G°
ΔG° = -RTLnKeq
= -(8.31 J/mol K)(298K)(Ln19)
= -7.3 KJ/mol
EXERGONICA
b) Energía libre estándar de formación
ΔGº = ∑∆G° productos - ∑∆G° reactantes
Sustancia ∆Gº formación Kcal/molAcetato -88,99
Tabla: Energíaslib tá d d
,
Alanina -88,75
Aspartato -166,99Bicarbonato -140 33
libres estándar deformación endisoluciones Bicarbonato 140,33
Dioxido de carbono -94,45Fumarato -144,41Glucosa 219 22
acuosas 1M a pH7y 25°C
Glucosa -219,22
Lactato -123,76Malato -201,98Piruvato 113 44Piruvato -113,44Sucinato -164,97Agua (líquida) -56,69
Ej l d i á l G° l i iEjemplo: se determinará el ∆G° para la siguientereacción, utilizando los datos de la tablaanterioranterior.
fumarato + agua malatofumarato + agua ↔ malato
∆G° ∑∆G° d t ∑∆G° t t∆G° = ∑∆G° productos - ∑∆G° reactantes∆G° = -201,98 – (-144,41 + - 56,69)
G° /∆G°= -0,88 Kcal/mol
c) Energía libre estándar y potenciales estándar de reducción
Reacción redox dador de electrones
aceptor de electrones
Los electrones se pueden transferir mediante:1 Directamente como electrones1.- Directamente como electrones.
Ej: el par redox Fe+3 / Fe+2 puede transferir un electrón al par redox Cu+1 / Cu +2 .2.- Se pueden transferir en forma de átomos de hidrógeno.
Ej: AH2 ↔ A + 2e- + 2H+ (FADH2)3.- Pueden ser transferidos de un dador electrónico a un aceptor en forma de hidruro que incluye a dos electrones.
Ej: NAD+Ej: NAD4.- Finalmente como una combinación directa de un reductor orgánico con oxígeno.
Ej: oxidación de un hidrocarburo a alcohol.
POTENCIALPOTENCIAL ESTANDAR DE
REDUCCION (Eº)
Medida (en volts) de la afinidad que tienela afinidad que tiene por los electrones, el
aceptor de los electrones.
L
ΔGº = -n F ∆E°
Luego:
donde:n= número de electrones transferidosF= constante de Faraday (96,48 KJ/ v mol)∆E° = diferencia de potencial de reducción
Ej l d t i ∆Gº l ió l l lEjemplo: determinar ∆Gº, para la reacción en la cual el acetaldehido es reducido por el transportador electrónico NADH
acetaldehido + NADH + H+ ↔ etanol + NAD+acetaldehido + NADH + H+ ↔ etanol + NAD+
Las semireacciones pertinentes y sus valores de E° son:
Acetaldehido + 2H+ + 2e- ↔ etanol E° = -0,20 v
NAD+ + H+ + 2 NADH E° 0 32NAD+ + H+ + 2e- ↔ NADH E° = -0,32 v
La reacción global tiene un ∆E° = + 0 12 voltios y n =2La reacción global tiene un ∆E = + 0,12 voltios y n =2
Por lo tanto ∆G° = -n F ∆E°= - 2 * 96,5 * 0,12 2 96,5 0,12= - 23,7 KJ / mol
C d l t i d l i i tCuando las concentraciones de las especies reaccionantes no son 1M, se tendrá:
ΔG F ∆EΔG = -n F ∆E
Donde E estará dado por:
E = Eº + RT Ln [aceptor electrón]E E + RT Ln [aceptor electrón]nF [dador electrón]
R = constante de los gases (8.31 J/mol*K)
T = temperatura ºK (298 ºK)
n = Número de electrones transferidos.
F = constante de faraday (96.480 J/V*mol)
Luego:E = Eº + 0.026 Ln [aceptor electrón][ p ]
n [dador electrón]
Ejemplo: Determinar el ∆G, de la reacción anterior cuando lasconcentraciones del acetaldehido y NADH son 1M y las del etanol y elNAD+ son 0,1 M
COMO HACEN LOS SERES VIVOS PARA LLEVAR A
CABO REACCIONES ANABÓLICAS Y PROCESOS QUE
REQUIEREN ENERGÍA
A TRAVES DE REACCIONES ACOPLADASA TRAVES DE REACCIONES ACOPLADAS
Elementos1 Una reacción que libera energía
Elementos2 Una reacción que requiera energía3 Un intermediario común
PARA QUE DOS REACCIONES PUEDAN ACOPLARSEES NECESARIO QUE TENGAN UN INTERMEDIARIOES NECESARIO QUE TENGAN UN INTERMEDIARIOCOMUN
Ejemplo:Fosforilación de la glucosa acoplada a la hidrólisis del ATP
ATP ADP + f f tREACCION 1
ΔGº´(kJ mol-1)30 9ATP ADP + fosfato
Glucosa + fosfato Glucosa-6-P
REACCION 1
REACCION 2
-30,9
+16,7G ucos os o G ucosCC ON ,7
ATP + glucosa -14,2Glucosa-6-P + ADP
Una reacción que libere energía ( ΔG<O) REACCION 1Elementos
Una reacción que libere energía ( ΔG<O)Una reacción que requiera energía (ΔG>O)Un intermediario común
REACCION 1
REACCION 2
fosfatoUn intermediario común fosfato
REACCIONES ACOPLADASREACCIONES ACOPLADAS
REACCIONES
EXERGONICAS
REACCIONES
ENDERGONICASEXERGONICAS
(Liberan energía
ENDERGONICAS
(Requieren energía ATPlibre) libre)ATP
TRANSPORTADOR DE ENERGIADESDE LOS PROCESOS CELULARES PRODUCTORES DEENERGIA A LOS PROCESOS QUE REQUIEREN ENERGIA
COMPUESTOS CON ENLACES FOSFATOS DE GRAN ENERGIAFOSFATOS DE GRAN ENERGIA
HIDRÓLISIS DE ACETIL CO-A
NADH / NAD+
FADH2 / FADH+ / FAD