Termodinámica y Metabolismo Celular: Procesos Energéticos en los Seres Vivos - Prof. Bruzu, Diapositivas de Bioquímica

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UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO SUCRE ESCUELA DE CIENCIAS DEPARTAMENTO DE BIOANÁLISIS BIOQUÍMICA GENERAL (200 - 2645)

Profesora: Licda. Hellen Bruzual

BIOENERGÉTICA

 Estudio cuantitativo de la transferencia y utilización de la energía en los sistemas biológicos.

 Las células y los organismos vivos son sistemas abiertos que intercambian materia y energía con su entorno.

 La única energía que pueden utilizar las células vivas (a Presión y Temperatura contante) es la energía libre (Energía libre de Gibbs, G).

ENTALPIA (H)

Se refiere al contenido de calor del sistema que reacciona:

• Refleja el número y clases de enlaces químicos en los reactantes y productos.

H = ENTALPÍA (J/mol o cal/mol)

• 1 Cal = 4,184 Joules
• T: temperatura absoluta Kelvin (K); 25 °C = 298 K

ΔH = calor que se libera o se absorbe durante una reacción:

• ΔH < 0 reacción EXOTERMICA (libera calor). El contenido de calor de los productos es menor que el de los reactantes.
• ΔH > 0 reacción ENDOTERMICA (absorbe calor). El contenido de calor de los productos es mayor que el de los reactantes.

ENERGÍA DE UN SISTEMA

• En términos bioquímicos,
  • representa la capacidad de cambio, ya que la vida depende de que la energía pueda ser transformada de una forma a otra, cuyo estudio es la base de la termodinámica.
• Sus leyes son aplicables a los sistemas cerrados o aislados, que no intercambian energía con el medio que los rodea; las células son sistemas abiertos, o sea pequeñas partes de un sistema cerrado mayor.
• Las leyes de la termodinámica expresan:
  • 1º Ley: en un sistema aislado la energía no se crea ni se destruye, puede ser transformada de una forma en otra.
  • 2º Ley: no toda la energía puede ser usada y el desorden tiende a aumentar, lo que se conoce como entropía.

PROCESOS ENDERGÓNICOS Y EXERGÓNICOS

REACCIONES ENDERGÓNICAS Y EXERGÓNICAS

REACCIONES REVERSIBLES

 Son aquellas en las que los reactivos no se transforman totalmente en productos.

 Los reactivos vuelven a formar los reactivos.

 Proceso de doble sentido que desemboca en equilibrio químico.

REACCIONES IRREVERSIBLES.

 Reacción química que se verifica en un solo sentido.

 Se prolonga hasta agotar por completo una o varias de las sustancias reaccionantes y por tanto la reacción inversa no ocurre de manera espontánea.

 La variación de entropía ocurre de tal manera que la entropía final es diferente a la inicial, por tanto, no se puede volver al estado inicial de entropía.

EJEMPLOS EN EL METABOLISMO

Reacciones Endergónicas:

 Primeras etapas de la glucolisis.

 Reacciones de Biosíntesis:

 Glucogénesis  Formación de polisacáridos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

 Transporte activo celular.

 Contracción muscular.

Reacciones Exergónicas:  Glucólisis  Ciclo de Krebs.  Fosforilación Oxidativa.  Ciclo de la urea.  β oxidación de los ácidos grasos.  Vía de las Pentosas- Fosfato.

CONSTANTE DE EQUILIBRIO

• Cuando una reacción se encuentra en equilibrio la relación que existe entre las concentraciones de los productos y de los reactivos viene dada por la Ley de acción de masas: "En un equilibrio químico el cociente de reacción es una constante”
• Esta constante depende sólo de la temperatura y se conoce como constante de equilibrio K.

aA + bB ↔ cC + dD → 𝑲´𝒆𝒒 =

[𝑪]𝒄^ [𝑫]𝒅 [𝑨]𝒂^ [𝑩]𝒃

Conocer la constante de equilibrio nos permite predecir en qué sentido se producirá una reacción química.

RELACIÓN ENTRE EL ΔG´O Y LA K´EQ PARA UNA REACCIÓN QUÍMICA:

aA + bB ↔ cC + dD; 𝐾´𝑒𝑞 = [𝐶]

𝑐 (^) [𝐷]𝑑 [𝐴]𝑎^ [𝐵]𝑏 ΔG = -RT 2,3 log Keq

K´eq = ΔG´o es Dirección de la reacción

Clase de reacción

1 Negativo Procede hacia delante: predominio de productos

Exergónica Espontánea

=1 Cero Está en el equilibrio

<1 Positivo Procede en sentido inverso: predominio de reactantes

Endergónica

TIPOS DE COMBUSTIBLES CELULARES

• La energía que mantiene la vida sobre la tierra es la que proviene del sol.
• Es de primordial importancia la función de capturarla y convertirla en formas directamente aprovechables por los seres vivos, o inclusive almacenarla en otros compuestos.
• El combustible celular más importante, es el ATP. Aunque hay otros compuestos que podríamos considerar como combustibles para las células, es el ATP el que probablemente tenga la función más universal en cuanto a los organismos y sistemas que lo aprovechan para funcionar.

ATP

ATP. ESTRUCTURA.

• La molécula de ATP está formada por:
  • la base nitrogenada adenina,
  • el azúcar de cinco carbonos ribosa y
  • tres grupos fosfato:
    • Fosfatos alfa (α), beta (β) y gamma (γ).
    • Unidos por dos enlaces covalentes que se rompen con facilidad,
    • produciendo cada uno aproximadamente 7 kilocalorías de energía por mol.