Termodinamica y Bioenergetica

TERMODINAMICA Y BIOENERGTICA

CATEDRA DE BIOQUIMICA Brom. Maria del Pilar Cornejo

La bioenergtica es el estudio de las transformaciones de energa que tienen lugar en la clula, y de la naturaleza y funcin de los procesos qumicos en los que se basan esas transformaciones, las cuales siguen las leyes de la termodinmica


Organismos Auttrofos: Son aquellos que pueden utilizar el CO2 como fuente de carbono (bacterias, vegetales)Organismos Hetertrofos: obtienen carbono de molculas orgnicas complejas . (animales, microorganismos)


Metabolismo: es la suma de todas las reacciones qumicas que ocurren en la clula. Tiene lugar en una serie de reacciones catalizadas, llamadas rutas metablicas. Catabolismo: es la fase degradadora. Las molculas nutrientes se convierten en otras mas pequeas y simples. Anabolismo: molculas pequeas reaccionan para convertirse en otras mas grandes y complejas.


Las clulas necesitan de energa para poder realizar sus actividades de desarrollo, crecimiento, renovacin de sus estructuras, sntesis de molculas, etc.La energa qumica que utiliza una clula animal para realizar trabajo proviene principalmente de la oxidacin de sustancias incorporadas como alimentos. (carbohidratos, grasas)


Al producirse una transformacin qumica, generalmente se rompen enlaces y el contenido de energa de las molculas aumenta o disminuye. (DG aumenta o disminuye)La moneda de intercambio de Energa en los procesos biolgicos es el ATP


Las oxidaciones se efectan por adicin de O, por prdida de H o por otra reaccin que resulte en la prdida de electrones. La reduccin, por el contrario, implica ganancia de electrones.

NADH y FADH2 son los principales transportadores de electrones, ya que sufren oxidaciones y/o reducciones reversibles. Sus reducciones, permiten la conservacin de la Energa Libre que se produce en la oxidacin de los sustratos


EQULIBRIO QUMICOReaccin directa (1): V1= k1[A][B]

Reaccin inversa (2): V2 = k2 [C][D]

En el EQUILIBRIO:V1 = V2

K1[A][B] = K2 [C][D]

Reordenando: K1/K2 = [C][D]/[A][B]ESTO ES : Keq = [C][D]/[A][B]


Keq = [C][D]/[A][B]Para cada reaccin qumica, el valor de la Keq es caracterstico a una T dada.Si Keq >1, la reaccin se encuentra desplazada hacia Si Keq

DEFINICIONESENERGA: Es la capacidad para producir un trabajo.

SISTEMA: toda porcin del universo que se somete a estudio

MEDIO: es lo que rodea al sistema

UNIVERSO = SISTEMA + MEDIO


PROCESO EXOTRMICO: es aquel que transcurre con liberacin de calor al medio.PROCESO ENDOTRMICO: el que transcurre tomando calor del medio.PROCESO EXERGNICO: libera energa. (ESPONTANEO)PROCESO ENDERGNICO: absorbe energa. (NO ESPONTANEO)


DEFINICIONESENTALPA (DH): es la energa en forma de calor, liberada o consumida en un sistema a ,T y P constantes.

ENTROPA (DS): energa no degradada, no utilizada para realizar trabajo.

ENERGA LIBRE (DG): energa disponible para realizar trabajo. Es Energa contenida en las molculas. Representa la energa intercambiada en una reaccin qumica


PRINCIPIOS DE LA TERMODINMICAPRIMER PRINCIPIO: LA ENERGA TOTAL DEL UNIVERSO PERMANECE CONSTANTEEquivale a decir: la energa del universo no se crea ni se destruye, permanece invariante. Solo se transforma.

SEGUNDO PRINCIPIO: LA ENTROPA DEL UNIVERSO AUMENTAEquivale a decir que el grado de desorden en el universo aumenta.


CAMBIOS DE ENERGA LIBRE EN LAS REACCIONES QUMICASMedir el contenido de energa de un sistema es muy difcil, generalmente medimos el cambio de energa entre dos estados.

La variacin de energa (DG) para ir de A hacia B es:DGBA = GB - GA

Para ir de B hacia A:

DGAB = GA GB = - DGBA

Matemticamente:DG = DH -TDS


CAMBIOS DE ENERGA LIBRE EN LAS REACCIONES QUMICASLas reacciones cuya DG es positivo no transcurren espontneamente.Las reacciones cuyo DG es negativo son las que se producen espontneamente.Si DG = 0 la reaccin se encuentra en equilibrio qumico.Hay una relacin entre DG y la constante de equilibrio:

DG = DG + RT ln [productos]/[reactivos]

Si DG = 0 (en el equilibrio): DG = -RT ln Keq

CAMBIOS DE ENERGA LIBRE EN LAS REACCIONES QUMICASDG es la variacin de Energa Libre en condiciones estndar (T= 298K, [ ] = 1M, P = 1atm)DG es la variacin de energa libre estndar a un pH prximo al fisiolgico (pH = 7)R = 1,987 cal/mol grado


COMPUESTOS DE ALTA ENERGA


ATPEs el compuesto de alta energa de mayor importancia en la clula.El ATP a pH fisiolgico se encuentra como ATP4-. Las 4 cargas negativas se encuentran prximas y originan tensiones intramoleculares que desaparecen al hidrolizarse en ADP+Pi o AMP+PPi.Adems los productos de la hidrlisis se solvatan mejor y se estabilizan por resonancia contribuyendo a disminuir DG y desplazando la reaccin hacia

Desde el punto de vista energtico, una reaccin con un DG positivo no podra ocurrir a no ser que exista un aporte de energa que la haga posible.

Dicho aporte, lo proveen compuestos de alto contenido energtico, que se caracterizan por tener enlaces que al romperse liberan una alta cantidad de energa. Este proceso se llama acoplamiento.

MOLECULAS DE ALTA ENERGIA : ATP, Acetil-CoA, Creatina Fosfato, Fosfoenol Piruvato, por ejemplo.


REACCIONES ENERGTICAMENTE ACOPLADASUna reaccin altamente exergnica puede hacer que otra endergnica ocurra si ambas se acoplan.


A B DGab B C DGbc

A C Dgac

DGac = DGab + DGbc

Los valores de DG de reacciones secuenciales son aditivos

Este principio explica por que una reaccin termodinmicamente desfavorable puede ocurrir, si se acopla a otra reaccin que sea exergnica, a travs de un intermediario comn


ACTIVACIONEs la unin de molculas biolgicas de modo tal que, la ruptura de ese enlace qumico formado, tiene un DG

Estructura qumica de la Acetil CoA. El grupo acetilo aparece a la izquierda de la figura, unido al azufre (S)


La Coenzima A es un transportador de grupos acilo.Al grupo sulfhidrilo terminal, se unen los grupos acilo mediante un enlace tioester.La hidrlisis de un tioester es muy favorable termodinmicamente, lo que hace que esta molcula tenga un alto potencial de transferencia de grupos acilo.LA CoA es un transportador de acilos activado igual que el ATP es un transportador de P activado.


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