Capítulo 7: Energía y Metabolismo · •Anabolismo - síntesis de moléculas grandes a partir de...
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Capítulo 7: Flujo de Energía en la vida de la célula Dra. Omayra Hernández Vale BIOL 3011- Biología General I ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP C 6 H 12 O 6 + 6O 2 -----------> 6CO 2 + 6H 2 O 6CO 2 + 6H 2 O ----------> C 6 H 12 O 6 + 6O Reactivos --------> productos ATP ATP
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Capítulo 7:
Flujo de Energía en la vida de la célula
Dra. Omayra Hernández Vale
BIOL 3011- Biología General I
ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP
C6H12O6 + 6O2 -----------> 6CO2 + 6H2O 6CO2 + 6H2O ----------> C6H12O6 + 6O2 Reactivos --------> productos ATP ATP
Objetivos
• Definir energía, las leyes que trabajan sobre esta,
relacionarla con trabajo y calor
• Entender el flujo de energía en la célula (rx químicas
• Transporte de energía en la células
• Enzimas y reacciones bioquímicas
ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP
Energía Capacidad de hacer trabajo; [trabajo es la
fuerza sobre un objeto para que se mueva]
cambio en el:
estado o posición /movimiento de la
materia
Energía potencial Energía cinética
? Energía química, energía eléctrica en una
batería
? nadadores aun sin sambullirse
? ciclista en carrera
? luz, calor, electricidad,
ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP
POTENCIAL Energía de posición
CINÉTICA Energía de movimiento
Energía Capacidad de hacer trabajo; [trabajo es la fuerza
sobre un objeto para que se mueva]
Cualquier cambio en el:
estado o posición /movimiento de la
materia
Energía potencial/Energía cinética
? Energía química, energía eléctrica en una
batería
? nadadores aun sin sambullirse
? ciclista en carrera
? luz, calor, electricidad
ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP
POTENCIAL Energía de posición
CINÉTICA Energía de movimiento
Energía almacenada / energía en movimiento
Energía
Energía potencial Energía cinética
Energía química almacenada en los enlaces químicos de macromoléculas se convierte en energía mecánica en
cada contracción muscular
Fotosíntesis:
energía de fotones se convierte energía en enlaces químicos
ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP
Leyes de termodinámica Termodinámica:
> Estudio de la energía y sus transformaciones
Sistema –al objeto estudiado [célula, organismo o planeta …]
Alrededores- el resto del universo
Sistema cerrado vs Sistema abierto
constante Los sistemas biológicos son
sistemas abiertos
ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP
Leyes de termodinámica 1ra ley:
La energía no puede ser creada ni destruída, se puede transformar o transferir.
La energía de un sistema (abierto) puede absorber energía de sus alrededores o darla, pero el total de energía del sistema + su alrededor se mantiene igual
2da ley
Cuando la energía se transforma, la cantidad de energía util es menor.
Una porción se convierte en calor que se dispersa [no se pierde, pero no puede usarse para hacer trabajo]
Toda transferencia de energía se pierde energía util en forma de calor
La energía no util tiene un aumento en entropía
ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP
• Con cada transferencia de
energía se pierde energía util
en forma de calor
Con cada transferencia se
pasa cada vez ménos energía
util
Esta energía en forma de
calor mayor entropía
Adquiere aleatoriedad y
desorden
ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP
En
trop
ía
Energía y Metabolismo
Reacciones químicas:?
Metabolismo -? • Anabolismo - síntesis de moléculas grandes a partir de
moléculas más pequeñas – Unión de aminoácidos proteínas
• Catabolismo – rompe moléculas grandes en moléculas más pequeñas – Proteínas en sus aminoácidos
– carbohidratos monosácaridos
No solo se altera el arreglo de átomos, ocurre transformación de energía enlaces
Los enlaces químicos se forman y se rompen • c/enlace tiene cierta cantidad de energía Energía de enlace
(Energía para romperlo (energía potencial)
La energía de enlace total equivale a la energía almacenada total del sistema Entalpía (H) Energía para hacer trabajo, pero…
Entropía (S): mayor en energía no util
Energía libre (G): energía disponible para hacer trabajo
G= H- S Si no hubiese entropía, entonces toda la energía almacenada
sería energía libre trabajo; pero de c/transferencia…
Los Organismos tenemos:
Alto nivel de organización, … pero somos un sistema abierto
Constantemente se aumenta la energía inutilizable La materia tiende a la aleatoriedad (ej gradientes/ difusión)
¿Entonces cómo existe la vida? ¿Como logramos acumular la energía util y las moléculas ordenadas que caracteriza la vida? ¿Cómo logramos mantener esa organización?
ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP
Los Organismos tenemos:
Alto nivel de organización, … pero somos un sistema abierto
Constantemente se aumenta la energía inutilizable
La materia tiende a la aleatoriedad
¿Entonces cómo existe la vida? ¿Como logramos acumular la energía util y las moléculas ordenadas que caracteriza la vida? ¿Cómo logramos mantener esa organización?
Con la entrada/flujo constante de energía
Por esto debe haber organismos autótrofos y heterotrofos
ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP
Mencionamos que:
• Una rx química…
• Metabolismo..
– Catabolismo y anabolismo..
Todas las reacciones químicas libera o requieren
energía de trabajo (energía de enlace)
Rx en que se libera/ Rx en que se requiere…
ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP
Reacciones Químicas
Reactivos productos
Todas desprenden o requieren energía
Reacción exergónica:
Reacción en la que se libera energía
Los productos tienen menos energía (libre)
Reacción endergónica:
Requiere un aporte de energía
Los productos tienen más energía
ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP
Reacciones Químicas
Reactivos productos
Todas desprenden o requieren energía
Reacción exergónica: (catabolismo)
Reacción en la que se libera energía
Los productos tienen menos energía (libre)
Reacción endergónica:(anabolismo)
Requiere un aporte de energía
Los productos tienen más energía
ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP
Reacción exergónica (Catabolismo)
ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP
Reacción endergónica (Anabolismo)
ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP
Reacciones Químicas
Fig. 7-3, p. 156
Reacciones acopladas
• Rx exergónicas proveen la energía necesaria para que se den rx endergónicas – Deben superar la energía necesaria para éstas
Ej: Degradación de glucosa ensamblaje y síntesis de proteínas
• Ocurren en diferentes partes de la célula Transferencia de energía por moléculas transportadoras
(intermediarios) • Moléculas energéticas e inestables sintetizadas en sitio de rx
exergónicas, captan energía liberada y la almacenan
ATP, reacciones REDOX
ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP
ATP: principal portador de energía
Adenosina trifosfatada
ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP
ATP: principal portador de energía
Adenosina trifosfatada
Capta energía liberada de una rx exergónica para formarse Unión de un ADP y un grupo fosfato (HPO4
2-)
Su formación es un proceso endergónico
ATP: principal portador de energía
Adenosina trifosfatada
Capta energía liberada de una rx exergónica para formarse
Unión de un ADP y un grupo fosfato (HPO42-)
Su formación es un proceso endergónico
TIEMPO DE VIDA BREVE
No es una molécula de almacenamiento de energía a largo plazo
Reacciones acopladas:
ATP-principal portador de energía
Rx REDOX: transferencia de energía Transferencia de Electrones
Rx REDOX (oxidación-reducción)
Estas rx pueden ocurrir en series (transferencia de e- de una molécula a otra) transferencia de energía
Esencial en procesos como respiración celular, fotosíntesis, etc.
Liberan energía almacenada en moléculas alimentarias
Algunos envueltos en la síntesis de ATP
Enlaces covalentes:
Rx REDOX-Transferencia de Átomos
Enlaces covalentes:
– Más comunes, compartir de e- (enlaces fuertes)
Más fácil remover átomo completo
Rx REDOX en las células envuelven la transferencia del átomo de H*
Se lleva consigo parte de la energía almacenada en el enlace químico*
Entonces, éste junto con su energía son transferidos a una molécula aceptadora (NAD+, NADP+, FAD)
XH2 + NAD+ X + NADH + H
Moléculas Aceptadoras:
Esenciales en Rx Redox
• NAD+ (Nicotinamida Adenina Dinucleótido)
– Uno de los aceptadores más común NADH (forma reducida)
– Al reducirse almacena temporeramente grandes cantidades de energía
– Envuelto en síntesis de ATP
• NADP+ (Nicotinamida Adenina Dinucleótido Fosfatada)
– NADPH (forma reducida)
– No está envuelto en síntesis de ATP
– Rx específicas de fotosíntesis
• FAD (Flavina Adenina Dinucleótido)
– FADH2 (forma reducida)
Enzimas
• La vida depende de la presencia de las enzimas!!!
– Ej: Glucosa
• Sin cambio por tiempo indefinido
• La célula no podría esperar para obtener su energía
almacenada
La célula regula la velocidad de las reacciones
químicas con las enzimas
¿Qué son las enzimas?
Catalizadores biológicos
aumentan velocidad de una reacción química sin ser
consumidos por la misma
Luego de terminar el proceso lista para hacerlo
nuevamente
Proteínas (en su inmensa mayoría)
Ej: Catalasa –descomposición del H2O2
Algunas moléculas de ARN con función catalizadora
Enzimas - Energía de Activación
Todas las rx (exergónicas-endergónicas) tienen una
barrera de energía llamada:
Energía de activación
Energía necesaria para comenzar la rx química
Solo moléculas con una energía cinética relativamente alta tienen
probabilidad de rx y formar algún producto (choque de sus átomos)
El resto necesita ayuda!!
Enzimas - Energía de Activación
Enzimas catalizan
¿Cómo lo hacen?
Enzimas - Energía de Activación
Enzimas catalizan (aceleran)
¿Cómo lo hacen?
Reduciendo la energía de
activación necesaria para
comenzar la reacción!!! Hace el proceso más rápido
No se involucra o se consume
No altera o afecta la cantidad de
energía libre *Si no fuese catalizada dependería de los choques
aleatorios entre sus reactivos
Enzimas
*Si no fuese catalizada dependería de los choques aleatorios entre sus reactivos para comenzar la rx
Complejo Enzima-Sustrato (organización)
Complejo intermedio inestable
• El sustrato o reactivo se enlaza al sitio activo de la enzima
Cierta especificidad
ej: ureasa, sucrasa, lipasa
Enzima + molécula de reactivo (sustrato) enzima + producto
Complejo Enzima-Sustrato
Nombres y Clasificación de Enzimas
• Sufijos
– -asa (lipasa, hidrolasa sucrasa)
– -zima (lisozima)
– -sina (pepsina, tripsina)
Se clasifican en 6 clases de
acuerdo a función
• Incluyen varias enzimas
Ej: fosfatasas, kinasas
• Algunas enzimas constan de su parte
proteíca + cofactor (coenzima).
ninguna de las partes tiene función catalítica sin la
otra
Mayoría trabaja como moléculas transportadoras
(transfieren electrones) NADH, NADPH, FADH
Enzimas • Temperatura y pH óptimo
– Enzimas humana (35-40°C) y pH de 6-8
– Menor temperatura disminuye actividad enzimática
– Mayor temperatura aumenta, pero altas ?
Rutas metabólicas
Las rx se dan en secuencia:
El producto de una rx (controlada por una enzima)
es el sustrato de la siguiente Rutas metabólicas
Las enzimas regulan entonces las actividades de la célula, pero la célula
controla las mismas apagando el gén que las sintetiza ?
Inhibición de actividad enzimática
• Inhibición de retroalimentación
• Sitio alostérico
• Agentes químicos y/o drogas
– Antibióticos (sulfa, penicilina)
![Metabolismo - ioreza.webnode.es · Ejemplos: síntesis de ... Anabolismo Catabolismo. Las formas de energía de la célula ... Potencial electroquímico: diferencias de pH, de [osmótica]](https://static.fdocuments.ec/doc/165x107/5ea6dceed35ed441804e5456/metabolismo-ejemplos-sntesis-de-anabolismo-catabolismo-las-formas-de-energa.jpg)
