BIOENERGÉTICA Y METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS

Prof. Carmiña L. Vargas Z, PhDDocente responsable área de Bioquímica, Universidad del Atlántico

Bioenergética o termodinámica bioquímica es el estudio cuantitativo de la traducción de energía que ocurre en las células vivas a través de las transformaciones químicas. Estas transformaciones de energía obedece a la leyes de la

termodinámica.

1- La conservación de la energía.

2- Puede ser fijada en varias formas.

• Energía libre de Gibbs, G: cantidad de energía capaz de producir trabajo.

• Entalpia: H, es el contenido de calor en un sistema reactante.

• Entropia: S, es la expresión cuantitativa una magnitud que mide la energía que no puede utilizarse para producir un trabajo; es el grado de desorden que poseen las moléculas que integran un cuerpo, o también el grado de irreversibilidad alcanzada después de un proceso que implique transformación de energía.

BIOENERGETICA

STHG

Las células son sistemas isotérmico e isobárico, y la energía que puede utilizar es la energía libre, expresada por Gibb, en la cual predice la dirección de la reacción química, su equilibrio y la cantidad de trabajo que puede en teoría ejecutar a constante temperatura y presión.

Las células heterotróficas adquieren la energía libre de las moléculas de los nutrientes, y las células fotosintéticas la adquieren de la absorción de la radiación solar. En ambas clases de células transforman esta energía libre en ATP y otros compuestos ricos en energía, capaz de proveer energía para el trabajo biológico a constante temperatura.

Cuando ∆G0 es negativo, el producto contiene menos energía libre que los reactantes y la reacción procedería espontáneamente bajo estándares condiciones. Si es positiva entonces la energía libre de los productos es mayor que la de los reactantes y la reacción procederá endergónicamente

Glucosa + Pi Glucosa-6-fosfato + H2O ∆G0 = 13,8KJ/mol

ATP + H2O ADP + Pi ∆G0 = -30,5 Kj/mol

_____________________________________________________________

ATP + Glucosa ADP + glucosa-6-fosfato + H2O

∆G0 = 13,8 + (-30.5)= -16,7 KJ/mol

RTLnKeqG

0

TODOS LOS SERES VIVOS

FOTOTRÓFICOS(obtiene la energía

de la luz solar

QUIMIOTRÓFICOS(obtiene la energía de

oxidación de compuestos quimicos

AUTOTRÓFICOS(obtiene las necesidades del

carbono del C02)

Ej. Cianobacterias, plantas

HETEROTRÓFICOSObtiene las necesidades del

carbono de compuestos orgánicos

Ej. Bacteria púrpura, bacteria verde

HETEROTROFICOS(obtiene la energía de compuestos orgánicos)

LITOTROFICOS (obtiene la energía de

compuestos inorgánicos)Ej. Bacteria sulfuricas, bacterias hidrógeneas

ORGANOTRÓFICAS((obtiene la energía de compuestos orgánicos)

Ej. Muchas procariotas y todos los no fototroficos

eucariotas

Clasificación de los seres vivosSegún la fuentes de energia y su Fuente de carbono (Libro de Lenniger, pag 5

FOTOSINTÉTICOSAUTOTROFICOS HETEROTRÓFICOS

Oxigeno

Productos orgánicos

CO2

Ciclo del gas carbónico y el oxigeno entre los seres autotróficos y heterotróficos(Libro de Lenninger, pag 482)

N2 atmosférico

BACTERIAS FIJADORAS DE NITROGENO

BACTERIAS NITRIFICANTES

Amonia

BACTERIA NITRIFICANTE

NITRATOS,NITRITOS

PLANTAS

AMINOACIDOS

ANIMALES

Ciclo del nitrógeno en la biosfera(Libro de Lenninger, pag 482)

METABOLISMO: una actividad celular altamente coordinada en la cual muchos sistemas enzimáticos (vias metabólicas) cooperan para:

1-Obtener energía química (solar, nutrientes)2- síntesis de nutrientes dentro de la propia célula.3- Polimerización de macromoléculas a partir de los precursores monoméricos,

como las proteínas, ácidos nucleícos, polisacáridos.4- Sintetizar y degradar biomoléculas requeridas para funciones especializadas de

la célula, como los mensajeros intracelulares, pigmentos, lípidos de las células

Metabolismo: un conjuntos de transformaciones químicas (reacciones) dentro de un ser vivo

ANFIBÓLICAS: actuan como en lace entre las dos vías (ej. ciclo del acido cítrico)

ANABOLISMO CATABOLISMOSintesis de macromoleculas Degradación de moléculas grandes en A partir de sus precursores moléculas pequeñas-requieren energía - producen energía

PRODUCCIÓN DE ENERGÍA Glúcidos

Catabolismo Lípidos Proteínas

UTILIZACIÓN DE ENERGÍA•Biosíntesis de macromoléculas•Contracción muscular•Transporte activo de iones•Termogénesis

ATP

ADP + PI

Relación entre la producción y la utilización de enertgía (Libro Devlin, pag 218.

Glucógeno Triacilgliceroles Proteínas

GLUCOGENÓLISIS

GLUCOSA

PIRUVATO

OXIDACIÓN

ACIDOS GRASOS LIBRES

Beta-OXIDACIÓN

LIPÓLISIS

AMINOACIDOS

PROTEÓLISIS

TRANSAMINACIÓN O DESAMINACIÓN Y OXIDACIÓN

Acetil CoA

Precursores generales de la Acetil CoALibro de Devlim, pag 226

Adenosín-3´-fosfato

P

O

O

O

NH

C O

HOH

CH3C

O

S

NH

C O

CH3 CH3

O P

O

O

O

CH2

H

N

NN

N

NH2

O

H H

OHPO3

H

Acetilo

ß-mercaptoetilamina

Acido pantoténico

Represenación de molécula de la Acetil CoA(http://laguna.fmedic.unam.mx, abril 13-2009)

www.biblioteca.org.ar

Piruvato deshidrogenasa

1

1. Citrato sintasa2. Aconitasa3. Isocitrato deshidrogenasa4. Alfa cetoglutarato

deshidrogenasa5. Succinato tiocinasa6. Succinato deshidrogenasa7. Fumarasa8. Malato deshidrogenasa

2

H2O

3

4

5

6

7

8

Estructura de la mitocondria

Composición enzimática de los compartimientos mitocondriales

Membrana externa Espacio intermembranar

Membrana interna MatrizMonoamino oxidasa Adenilato quinasa Succinato deshidrogenasa Piruvato deshidrogenasa

Quinurenina hidroxilasa Nucleósido difosfato quinasa ATP asa Citrato sintasa

Nucleósido difosfato quinasa NADH deshidrogenasa Isocitrato deshidrogenasa

Fosfolipasa A β-Hidroxibutirato deshidrogenasa

Α-Cetoglutaratp deshidrogenasa

Acil graso CoA sintetasa Citocromo b, c1, c, a, a3 Aconitasa

NADH: citocromo C reductasa Carnitina: acil CoA transferasa Fumarasa

Colina fosfotransferasa Translocasa de nucleótidos de adenina

Succinil CoA sintetasa

Translocasa de mono, di, y tricarboxilatos

Malato deshidrogenasa

Translocasa de glutamato-aspartato

Glutamato deshidrogenasa

Glutamato-oxalacetato transaminasa

Ornitina-transcarbamoilasa

Componentes de la transferencia electrónica en la mitocondria

• Deshidrogenasas ligadas al NAD+

• Deshidrogenasas ligagas a flavina• Proteínas ferrosulfuradas• Citocromos

Componentes del transporte de electrones en la cadena respiratoria

Estructura del nicotinamida adenina dinucleotido fosfato:NADP y delNicotinamida adenima dinucleotido oxidado

Componentes del transporte de electrones en la cadena respiratoria

Estructura del la flavina adenina dinucleótido(FAD+)

Componentes del transporte de electrones en la cadena respiratoria

Estructura del hemo A

Coenzima Q (Ubiquinona oxidada y reducida

Oxidación de ácidos grasos y cuerpos cetónicos

β-hidroxibutiratoβ -hidroxilacil-CoA

• Acil graso CoA

Cadena de transporte electronico mitocondrial

FMN

Fe-S

FAD

Ciclo del ácido citríco•Malato•Α-cetoglutarato (FAD)•Isocitrato•Piruvato (FAD)

cit a1Cit a3

INIHIBORES

Complejo 1•Rotenona•Amital

Complejo II•Antimicina A

Complejo III•Monóxido de carbono•Azida sódica•Cianuro potásico

Cadena de transporte electrónico mitocondrial