Formas de obtención de

energía química:

Heterótrofos Autótrofos

Fotosintéticos

Metabolismo: Suma de transformaciones químicas, catalizadas por enzimas, que se producen en una célula u organismo (vías metabólicas).

FUNCIONES:

Degradar moléculas nutrientes para obtener energía química y para convertirlas en biomoléculas componentes de la célula.

Sintetizar (ANABOLISMO) y degradar (CATABOLISMO) biomoléculas necesarias en funciones especializadas.

Polimerizar precursores monoméricos en macromoléculas.

Introducción:

Relaciones energéticas entre rutas catabólicas y anabólicas

Es el estudio de los cambios de energía que ocurren en las reacciones bioquímicas

BIOENERGETICA TERMODINAMICA

ENTALPIA (Δ H)

ENTROPIA (Δ S)

REACCIONES BIOLÓGICAS

ENERGIA LIBRE (Δ G)

ENERGÍA LIBRE O ENERGÍA DE GIBBS (G)

Energía intrínseca presente en la molécula

Proporciona información sobre la dirección de la reacción química

GP GR

Reactivos Productos Variación de energía libre (Δ G)

Predice si una reacción es factible o no

Se puede determinar en función de la constante de equilibrio de la Reacción, Ke

Se puede determinar en función de los Potenciales de Reducción (reacciones REDOX)

ΔG = GP - GR

Δ G < 0 Es Factible, el proceso es EXERGÓNICO

Δ G = 0 Proceso en equilibrio, es I SOERGÓNICO

Δ G > 0 NO Es Factible, el proceso es ENDERGÓNICO

RELACIÓN ENTRE ΔG Y CONSTANTE DE EQUILIBRIO

aA + bB cC + dD Keq = [C] c * [D] d

[A]a * [B]b

ΔG = - RT ln Keq

En condiciones fisiológicas:

Δ G´ = Δ Go´ + RT ln Keq´

ΔGo

Δ Go´

ΔG = cal/mol

R = 1,987 cal /º K mol T = ºK

En condiciones estándar: 25º C, 1 atm presión,

[R] y [P] = 1 M

25º C, 1 atm presión,

solución acuosa con [H2O] constante

pH = 7

Relación entre ΔG’º y K’eq

Reactivos Productos

Keq´ > 1 Δ Go´ < 0 EXERGÓNICA

Reactivos Productos

Keq´ < 1 Δ Go´ > 0 ENDERGÓNICA

Reactivos Productos

Keq´ = 1 Δ Go´ = 0 ISOERGÓNICA

Δ Go´ = - RT ln Keq´

en el equilibrio ΔG ´= 0

REACCIONES REDOX

Cede e- E < 0 Acepta e- E > 0

Oxidación: Dona e- Reducción: Acepta e-

Ocurren simultáneamente

Se trabajan como medias reacciones

Potencial de Reducción (E)

Reacciones de OXIDO-REDUCCION

Se escriben como Reducciones A+ + e- A

H- e-

e-

Cu+2 Fe+2 e- Fe+3 Cu+1

A H B A BH

C H3 R- O2

e-

C H2OH R-

e- H e- H B A H2 B H A H A B H2

REACCIONES REDOX BIOLÓGICAS

En condiciones estándar: 25º C, 1 atm presión,

[H = 1 M Eº (H) = 0,00 V Eo

En condiciones fisiológicas: 25º C, 1 atm presión,

pH = 7 Eº (H) = - 0,42 V

Eo´

RELACIÓN ENTRE ΔG Y POTENCIALES DE REDUCCION

Ecuación de Nerst

ΔEº ´= RT

nF

ln Keq´

Δ Go´ = - RT ln Keq´

Energía Libre estándar

Δ Go´ = - nF Δ Eo´

n = nº de e- transferidos

F = 23060 cal /V . mol

ACOPLAMIENTO ENERGÉTICO DE LAS REACCIONES BIOQUÍMICAS

Δ G < 0

Factible, EXERGÓNICO

Δ G > 0

NO Es Factible, ENDERGÓNICO

ACOPLAMIENTO ENERGÉTICO DE LAS REACCIONES BIOQUÍMICAS

A B C D

ΔGo´1 ΔGo´2 ΔGo´3

Las ΔGo´ de reacciones secuenciales son aditivas

A D ΔGo´1 + ΔGo´2 + ΔGo´3 ΔGo´total =

Las reacciones exergónicas espontáneas se acoplan a reacciones endergónicas para que éstas tengan lugar

Glucosa + Pi Glucosa 6P + H2O ΔGo´ = +3,2 Kcal/mol

ATP + H2O ADP + Pi Δ Go´=-7,3 Kcal/mol

Glucosa + ATP Glucosa 6P + ADP Δ Go´=-4,3 Kcal/mol

Fosforilación de la glucosa: EJEMPLO Glucosa + ATP Glucosa 6P + ADP

COMPUESTOS RICOS EN ENERGÍA

Liberan la energía mediante hidrólisis y transferencia de grupo (rotura del enlace rico en energía ~)

Son aquellos que ceden una energía < -30 K kJ/mol (- 7 Kcal/mol) (potencial de transferencia de grupo)

Potencial de transferencia de grupo:

Capacidad de un compuesto para ceder “el grupo” a otra sustancia. Se mide por la energía libre desprendida en la hidrólisis del enlace de alta energía.

ATP + H2O ADP +Pi ΔGo´ = -7,3 Kcal/mol.

ATP + H2O AMP +PPi ΔGo´ = -8,2 Kcal/mol.

VALORES DE G°´ DE HIDRÓLISIS

ATP ADP + Pi -30,5 -7,3

ADP AMP + Pi -32,8 -7,8

Fosfocreatina Creatina + Pi -43,0 -10,3

ATP AMP + PPi -45,6 -10,9

1,3-bisfosfoglicerato 3-fosfoglicerato + Pi -49,3 -11,8

fosfoenolpiruvato piruvato + Pi -49,3 -11,8

glucosa-1-P glucosa + Pi -20,9 -5,0

PPi 2Pi -19,2 -4,0

fructosa-6-P fructosa + Pi -15,9 -3,8

glucosa-6-P glucosa + Pi -13,8 -3,3

AMP adenosina + Pi -14,2 -3,4

glicerol-P glicerol + Pi -9,2 -2,2

Acetil-CoA Acetato + CoA -31,4 -7,5

COMPUESTO PRODUCTOS G’º

(kJ/mol) (kcal/mol)

ESTRUCTURA DEL ATP

Fosfato

enlaces ricos en

energía

Adenosina

(nucleósido)

Adenosina-trifosfato (ATP)

(nucleótido)

Adenina (base nitrogenada)

Ribosa (azúcar)

Factores que determinan el potencial de Transferencia del ATP

1. REPULSIÓN : disminuye al separarse un grupo fosfato

2. Estabilizado por RESONANCIA

3. IMPEDIMENTO ESTÉRICO (por la cantidad de oxígenos en cada átomo de fósforo)

El carácter dual del nucleótido FOSFATO DE ADENINA como donador (ATP) y aceptor (ADP) definen su papel central como ·transferidor” de fosfatos en el metabolismo

ATP = moneda energética universal

Alta densidad de cargas de igual signo ( negativa )

GRUPOS TRANSFERIDOS

1. GRUPOS FOSFATOS

1.a. Nucleótidos (ATP, GTP, UDP, CTP) 1.b. Acil-fosfatos.

ATP,

Ácido 1,3 di-fosfo-glicérico

1. c. Enol-fosfatos

Fosfoenol pirúvico

1. d. Fosfatos guanidas (fosfágenos).

creatin fosfato

GRUPOS TRANSFERIDOS

2. GRUPOS ACILOS (esteres de la

coenzima A)

Derivados de la Coenzima A

3. GRUPOS METILOS

S-Adenosil-metionina