Energía y metabolismo

Transcripción

1 Energía y metabolismo Sesión 17 Introducción a la Biología Prof. Nelson A. Lagos Los sistemas vivos son abiertos y requieren energía para mantenerse La energía es la capacidad de hacer trabajo. Cinético define la energía debido al movimiento La energía cinética realiza trabajo por pasar movimiento desde un sistema a otro

2 Energía a cinética : es la que está siendo utilizada para realizar trabajo Energía a potencial : energía almacenada que tiene capacidad de realizar trabajo debido a su organización n o localización Tipos de energía Termodinámica Describe los intercambios de energía en forma de calor que se llevan a cabo entre sistemas físicos. basa sus análisis en algunas leyes: Primera Ley : el principio de conservación de la energía Segunda Ley o de entropía.

3 Primera Ley de la termodinámica o de la conservación de la energía. La cantidad de energía en el universo es constante. Por lo tanto la Energía puede ser transformada pero no creada ni destruida. CONCEPTOS: CALOR (Q):( Es el intercambio de energía desde un cuerpo cálido a uno frió, cuando ambos están en contacto. TRABAJO (W):( involucra el movimiento neto de la materia de un lugar a otro. El aumento de la energía interna del sistema más la cantidad de trabajo externo efectuado por el mismo equivale al calor o energía térmica absorbida. A medida que el gas se calienta efectúa un trabajo para mover el émbolo

4 Segunda Ley de la termodinámica : En los sistemas abiertos, las transformaciones de la energía van acompañadas de un aumento del desorden o entropía. La energía potencial de un sistema en el estado final siempre será menor que en el estado inicial RESUMIENDO: la primera ley nos dice que no podemos salir ganando y la segunda que ni siquiera saldremos a mano. La ley cero: si un sistema está en equilibrio con otros dos, estos últimos, a su vez, también están en equilibrio. Entonces, postula que la temperatura es una variable de estado, y que la condición para que dos sistemas estén en equilibrio térmico es que se hallen a igual temperatura.

5 Para referirnos al estudio de los procesos energéticos podemos establecer el siguiente marco conceptual 1) Las leyes de la termodinámica mica gobiernan las transformaciones de energía 2) Las transformaciones energéticas de los seres vivos involucran reacciones del tipo EXERGÓNICAS Y ENDERGÓNICAS NICAS 3) El total de reacciones químicas de una célula c constituyen el metabolismo. 4) Las enzimas actúan an como catalizadores biológicos. 5) El ATP es el principal transportador de electrones Las reacciones químicas almacenan o liberan energía ENDERGÓNICAS: Son reacciones que para que ocurran requieren un aporte de de energía. EXERGÓNICAS: Son reacciones que al ocurrir liberan energía. SON LA BASE DEL METABOLISMO CELULAR CATABOLISMO: conjunto de reacciones por las que la célula degrada los nutrientes. ANABOLISMO: reacciones mediante las que la célula sintetiza sus moléculas.

6 El metabolismo celular Prácticamente toda la energía que se utiliza para mantener la vida en la tierra proviene del sol. Sin embargo, es claro que ningún ser vivo puede realizar directamente sus funciones con la energía luminosa. Igualmente, aunque la glucosa es el combustible por excelencia de los seres vivos, tampoco es posible hacer que una fibra muscular se contraiga directamente agregando este azúcar. Entonces, fue necesario que los seres vivos desarrollaran procesos adecuados para obtener moléculas combustibles que sí pueden ser utilizados por las diferentes piezas de la maquinaria celular. Energía potencial de las moleculas reactivos reactivos productos productos ENDERGÓNICA NICA Energía requerida e.g., Fotosíntesis EXERGÓNICA Energía liberada e.g., combustión, respiración

7 LAS ENZIMAS ACELERAN LAS REACCIONES QUÍMICAS Los reactivos deben absorber una energía de activación (EA) para iniciar una reacción Las enzimas NO agregan energía sino que disminuyen la EA aumentando la velocidad de una reacción. LAS ENZIMAS ACELERAN LAS REACCIONES QUÍMICAS E A sin enzima Energía Reactivos E A con enzima Productos Progreso de la reacción

8 Cada enzima cataliza una reacción celular Sitio Activo. Resulta del plegamiento de las enzimas Sustrato: sustancia reactivas sobre la cual actua la enzima. La molécula de ATP: Adenosin-trifosfato formada por la base nitrogenada adenina, el azúcar de cinco carbonos ribosa y tres grupos fosfato. Los tres grupos fosfato están unidos por dos enlaces covalentes que se rompen con facilidad, produciendo cada uno aproximadamente 7 kilocalorías de energía por mol.

9 El ciclo del ATP la moneda de la vida Adenosin-trifosfato (ATP) Es la principal moneda energética de los organismos vivos Participa en el acoplamiento de energía Realiza trabajo: Químico (dador de grupos fosfato), Osmótico (gradiente electroquímico resultante en la Bomba Na + - K + ) Mecanico (cambio conformacional de la Bomba Na + - K +) Metabolismo, ATP y reacciones acopladas

10 El ATP impulsa el trabajo celular ENERGIA POTENCIAL DE LA MOLECULAS Reactivos ATP Productos P ADP P TRABAJO SECUENCIA DE LA REACCION Mecanismos de fosforilación (paso de ADP a ATP) Quimiósmosis: : basada en la actividad de la membrana mitocondrial (la cadena de transporte de electrones) y de la ATP sintetasa ante la formación de un gradiente de concentración de iones H+ (***). Fosforilación a nivel del substrato: : Una enzima quinasa transfiere un grupo fosfato desde una molécula orgánica (sustrato) a una molécula de ADP Fosforilación fotosintética: Usa la a energía solar para excitar moléculas (no carbonados) hasta un cierto nivel energético. Tras ello, ciertos e-e de las mismas son llevados a una cadena de transportadores y la caída en energía libre que tiene lugar es aprovechada para sintetizar ATP.