BioenergéticaAntonio E. Serrano PhD. MT.Cátedra de Bioquímica - 2012@xideralxideral.com

Bioenergética• Energía• En Biología se aplica a la

capacidad de realizar trabajo biológico

• Los principales tipos de trabajo son:• Químico: síntesis de biomoléculas• Transporte de minerales y

biomoléculas• Mecánico: Contracción de

músculos y filamentos contráctiles

• Eléctrico: Conducción nerviosa

• Todo trabajo necesita energía para poder realizarse

Flujo de la Energía Biológica• Radiación Solar: Flujo de energía desde el

sol a los pigmentos fotosintéticos

• Fotosíntesis: Flujo de energía desde la radiación solar a los enlaces químicos

• Respiración: Flujo desde las estructuras químicas orgánicas a formas de energía utilizables en trabajo biológico

• Trabajo Biológico: Uso y disipación de la energía en los diferentes tipos de trabajo

Usan CO2 y generan O2

Reacciones de oxidación producen CO2, consumen O2 convirtiéndolo en H2O

El carbono, oxígeno y agua ciclan en la naturaleza.

Flujo de Energía

Transformaciones Energéticas

Termodinámica en Biología• En un proceso a presión constante, la mayor parte de la

energía que el sistema gana o pierde adopta la forma de Calor. • En las reacciones químicas este calor corresponde a la Entalpía

y puede ser absorbido o liberado hacia el entorno.• Cambio de Entalpía (H) de una reacción

• H (+) indica que el sistema ganó calor de su entorno: Proceso Endotérmico

• H (-) indica que el sistema liberó calor al entorno: Proceso Exotérmico

Entalpía

Pero la Entalpía no nos dice si una reacción se llevará a cabo o no.

Entropía (S)• Concepto relacionado con el orden/desorden de un sistema.

• ΔS (+) indica un aumento del desorden del sistema (ejemplo: un aumento en el movimiento de las partículas o un aumento en el número de partículas)

Energía Libre• La función propuesta por Gibbs conocida como Energía Libre

(G) considera las funciones entalpía y entropía de una reacción química que ocurre a presión y temperatura constantes.

• Se expresa como :

• G es una medida del trabajo útil que puede realizar un sistema en un proceso espontáneo.

Energía Libre• La Energía libre se relaciona con la espontaneidad de una reacción:

• Si ΔG es (-) la reacción es espontánea en el sentido directo y se denomina reacción exergónica.

• Si ΔG es (+) la reacción no es espontánea en sentido directo, es una reacción endergónica.

• Se debe aportar energía desde el entorno para que ocurra.

• Si ΔG = 0 la reacción está en estado de equilibrio. No hay posibilidad de realizar trabajo.

• Las reacciones con ΔG (+) pueden ser impulsadas por reacciones espontáneas que se acoplan a ellas (reacciones con ΔG (-) ).

Energía Libre

Con aporte energético ocurren las reacciones con ΔG (+)

Reacciones Acopladas

En Sistemas Biológicos, a presión y temperatura constante, los cambios en la energía libre, entalpía y entropía se relacionan en la ecuación:

T = temperatura absoluta, se mide en ºK

Valor (-), la reacción es espontánea

Bioenergética

K eq está definida por la concentración de reactivos y productos en el equilibrio.

A + B C + D

K eq = [C] [D] [A] [B]

A, B, C y D = concentraciones molares.

NOTA: K eq: valor alto, el grado de conversión de reactivos a productos es muy alto.

Constante de Equilibrio (Keq)

Cambios en la Energía Libre de una Reacción en condiciones estándar.

Temp = 25º C (298ºK)Reactivos y Productos 1 MPresión 1 atm

Cambios de la Energía Libre

Keq & DG’º

Está en función de la temperatura y concentración que prevalecen en la reacción (no necesariamente las condiciones estándar).

Cambios en la Energía Libre.

Ciclo ATP-ADPObtención de energía para realizar trabajo biológico

Ciclo ATP-ADPMovimiento

Transporte ActivoBiosíntesis

Reacciones Endergónicas

Reacciones ExergónicasFotosíntesis

Oxidación de moléculas combustibles, ejemplo: glicólisis

Adenosín trifosfato• Alto contenido energético debido a repulsión electroestática• Estabilizada por resonancia• Compuesto clave en la energética celular ya que es capaz de

transferir energía entre procesos exergónicos y endergónicos.

Adenosín trifosfato• Almacena energía agrupando cargas negativas en enlaces

altamente energéticos y soltando esta energía cuando se rompen dichos enlaces

• Pertenece a la familia de compuestos denominados nucleótidos y a pH 7 se encuentra altamente ionizado.

• produce un ΔGº = - 7,3 Kcal/mol• ΔGº = ΔG condiciones estandar (25ºC; 1M)

Tranferencia de Fosfato

Heterótrofos y Autótrofos• De acuerdo a la forma química en que obtienen carbono de su

entorno.

• Autótrofos: bacterias fotosintéticas y plantas superiores toman el CO2 de la atmósfera para fabricar las moléculas que contienen carbono.

• Heterótrofos: no pueden usar CO2 y obtienen el carbono de su entorno como moléculas orgánicas complejas, ejemplo: glucosa.

• Ejemplo: animales superiores y la mayoría de los microorganismos

Degradación

Moléculas orgánicas reducidas

Biosíntesis

Se requiere ATP y poder reductor de Moléculas orgánicas reducidas

Todas las reacciones químicas que ocurren en el organimo

Metabolismo