ENERGA, ENZIMAS & METABOLISMO CELULAR

En cualquier sistema:

Energa total (H) = energa utilizable (G) + Energa no utilizable (S)

O en sistemas biolgicos:

entalpa (H) = energa libre (G) + entropa (S)

H = G + TS (T= temperatura absoluta) Entropa es una medida del desorden del sistema.

Energa funcional necesaria para que la clula realize todos sus actividades

DG = DH TDS

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Reaccin exergnica = Una reaccin espontanea que ocurre sin requerir incorporacin de energa

Es el caso de las reacciones catablicas (Protena aa)

Molcula compleja energa libre + molculas pequeas

Si DG es negativa () (

Reaccin endergnica = Una reaccin no espontanea solo procede con entrada de energa Es el caso de las reacciones anablicas.

(aa Protena)

Molculas pequeas+ energa libre Molcula compleja

Si DG es positiva (+) (>0), se requiere energa libre.

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ATP se hidroliza formando ADP y un ion fosfato inorgnico (Pi)

ATP + H2O ADP + Pi + energa libre

La reaccin es exergnica

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La formacin de ATP a partir de ADP y Pi es endergnica y consume la misma cantidad de energa liberada en la hidrlisis de ATP:

ADP + Pi + energa libre ATP + H2O

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Ciclo de acoplamiento de energa

Datos interesantes:

Cada clula requiere millones de molculas de ATP por segundo (!!) para mantener su maquinaria bioqumica funcionando.

En promedio, un persona produce e hidroliza 40kg de ATP al da cada molcula de ATP sufre cerca de 10,000 ciclos de sntesis e hidrlisis cada da.

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Cuando una molcula de ATP es sintetizada, esta se utiliza rpida e inmediatamente, sin embargo todas estas reacciones bioqumicas no podran ocurrir tan rpidamente sin la ayuda de

LAS ENZIMAS

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Enzimas: catalizadores biolgicos

Un catalizador es una sustancia que acelera una reaccin qumica sin ser alterada permanentemente

La mayora de los catalizadores biolgicos son protenas conocidas como Enzimas.

Proticos: enzimas.

De RNA: ribozimas.

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Qu es lo que realmente hacen?

Algunas reacciones espontaneas ocurren lentamente porque hay una barrera energtica entre reactantes y productos

Energa de activacin (Ea)

En reacciones qumicas, la energa de activacin es la cantidad de energa necesaria para iniciar una reaccin o para llevar a las molculas al estado de transicin

Las reacciones qumicas exergnicas se inician adicionando calor (Ea), ya que este incrementa la energa cintica de las molculas

Perocalentar no es la manera apropiada para los sistemas biolgicos.

Entonces, las enzimas lo resuelven bajando la barrera energtica!

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Las enzimas son especficas para su sustrato, que se une en el sitio activo de la enzima donde ocurre la catlisis

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La especificidad de una enzima esta dada por su estructura tridimensional y por la estructura del sitio activo

La unin del sustrato al sitio activo produce un complejo enzima-sustrato (ES)

El complejo ES luego genera el producto (P) y la enzima libre (E):

E + S ES E + P

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OJO: Las enzimas no cambian la diferencia en energa libre (DG) entre reactantes y productos.

Reducen la energa de activacin

..El equilibrio final no es alterado

Entonces reacciones que podran suceder en aos, se dan en una fraccin de segundo (incrementan la tasa de reaccin en factores de millones).

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Y CMO REDUCEN LA ENERGA DE ACTIVACIN?

1. Orientan sustratos

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2. Causan presin o quiebran los enlaces de los sustratos

Y CMO REDUCEN LA ENERGA DE ACTIVACIN?

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3. Aaden temporalmente grupos qumicos a sustratos

Y CMO REDUCEN LA ENERGA DE ACTIVACIN?

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3. Aaden temporalmente grupos qumicos a sustratos

Catlisis cido bsica Catlisis covalente Catlisis de metales inicos

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Algunas enzimas requieren de otras molculas adicionales no proticas para funcionar y que la enzima catalice una reaccin:

1. Cofactores

2. Coenzimas

3. Grupos prostticos

: Iones metlicos (Zn, Cu, Mg, Fe, etc)

: pequeas molculas con C

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Coenzimas: molculas orgnicas pequeas (que contienen carbono) que sufren cambios durante la reaccin, y luego los sustratos se separan de la enzima (Ej: vitaminas)

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Grupos prostticos estn permanentemente unidos a las enzimas pero no son aa (Ej: grupo heme de la hemoglobina).

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La velocidad de una reaccin cataltica depende de la concentracin del sustrato

La concentracin de una enzima normalmente es mucho menor a la concentracin del sustrato

Existe un punto de saturacin donde todas las enzimas estan unidas a su sustrato por lo tanto se alcanza la velocidad mxima

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Pregunta!

Qu concluira Ud. de la siguiente grfica?

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El metabolismo de un organismo es la totalidad de las reacciones bioqumicas que ste lleva a cabo; organizado en secuencias de reacciones catalizadas por enzimas llamadas rutas metablicas

Pero hay muchas reacciones en una clula y muchas interconectadas

Etanol Acetaldehido Acetato Enzima

1

Enzima

2

CMO REGULAR LA ACTIVIDAD ENZIMTICA? Por medio de inhibidores que regulan la actividad metabolica

Inhibidores irreversibles

Inhibidores reversibles

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Inhibidores competitivos Inhibidores no competitivos

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Inhibiciones irreversibles

Inhibidores competitivos

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Inhibidores no competitivos

Sitio alostrico

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Cmo regula un organismo la produccin de un metabolito?

Una manera de controlar una ruta es por

inhibicin por retroalimentacion (feedback)

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ACTIVIDAD ENZIMTICA DEPENDE DEL MEDIO:

pH

Temperatura

Concentracin de sales

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