Formas de obtención de energía química:

Transcripción

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2 Formas de obtención de energía química: Autótrofos Fotosintéticos Heterótrofos

3 Introducción: 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.

4 Relaciones energéticas entre rutas catabólicas y anabólicas

5 TERMODINAMICA BIOENERGETICA Es el estudio de los cambios de energía que ocurren en las reacciones bioquímicas ENTALPIA (Δ H) ENTROPIA (Δ S) ENERGIA LIBRE (Δ G) REACCIONES BIOLÓGICAS

6 ENERGÍA LIBRE O ENERGÍA DE GIBBS (G) Energía intrínseca presente en la molécula Predice si una reacción es factible o no Proporciona información sobre la dirección de la reacción química 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) Reactivos GR Productos GP Variación de energía libre (Δ G) Δ G < 0 Δ G = 0 Δ G > 0 Es Factible, el proceso es EXERGÓNICO Proceso en equilibrio, es I SOERGÓNICO NO Es Factible, el proceso es ENDERGÓNICO ΔG = GP - GR

7 RELACIÓN ENTRE ΔG Y CONSTANTE DE EQUILIBRIO aa + bb cc + dd Keq = [C] c * [D] d [A] a * [B] b ΔG = cal/mol ΔG = - RT ln Keq R = 1,987 cal /º K mol T = ºK En condiciones estándar: 25º C, 1 atm presión, [R] y [P] = 1 M ΔG o En condiciones fisiológicas: 25º C, 1 atm presión, solución acuosa con [H2O] constante ph = 7 Δ G = Δ G o + RT ln Keq Δ G o

8 Relación entre ΔG º y K eq en el equilibrio ΔG = 0 Δ G o = - RT ln Keq Keq > 1 Δ G o < 0 EXERGÓNICA Reactivos Productos Keq = 1 Δ G o = 0 ISOERGÓNICA Reactivos Productos Keq < 1 Δ G o > 0 ENDERGÓNICA Reactivos Productos

9 REACCIONES REDOX Reacciones de OXIDO-REDUCCION Oxidación: Dona e- Reducción: Acepta e- Ocurren simultáneamente Se trabajan como medias reacciones Se escriben como Reducciones A + + e- A Potencial de Reducción (E) Cede e- E < 0 Acepta e- E > 0

10 Fe e - Cu REACCIONES REDOX BIOLÓGICAS A H 2 A H e e- - B HB 2 A H e - H - e - BH B e - R- R- C C HH 3 O 2 OH 2

11 RELACIÓN ENTRE ΔG Y POTENCIALES DE REDUCCION En condiciones estándar: En condiciones fisiológicas: Ecuación de Nerst ΔEº = RT nf ln Keq 25º C, 1 atm presión, [H = 1 M Eº (H) = 0,00 V 25º C, 1 atm presión, ph = 7 Eº (H) = - 0,42 V Δ G o = - nf Δ E o E o E o Energía Libre estándar Δ G o = - RT ln Keq n = nº de e- transferidos F = cal /V. mol

12 ACOPLAMIENTO ENERGÉTICO DE LAS REACCIONES BIOQUÍMICAS Δ G > 0 NO Es Factible, ENDERGÓNICO Δ G < 0 Factible, EXERGÓNICO

13 ACOPLAMIENTO ENERGÉTICO DE LAS REACCIONES BIOQUÍMICAS Las reacciones exergónicas espontáneas se acoplan a reacciones endergónicas para que éstas tengan lugar A B C D ΔG o 1 ΔG o 2 ΔG o 3 Las ΔG o de reacciones secuenciales son aditivas A D ΔG o total = ΔG o 1 + ΔG o 2 + ΔG o 3 EJEMPLO Fosforilación de la glucosa: Glucosa + ATP Glucosa 6P + ADP Glucosa + Pi Glucosa 6P + H 2 O ΔG o = +3,2 Kcal/mol ATP + H 2 O ADP + Pi Δ G o =-7,3 Kcal/mol Glucosa + ATP Glucosa 6P + ADP Δ G o =-4,3 Kcal/mol

14 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 + H 2 O ADP +Pi ΔG o = -7,3 Kcal/mol. ATP + H 2 O AMP +PPi ΔG o = -8,2 Kcal/mol.

15 VALORES DE G DE HIDRÓLISIS COMPUESTO PRODUCTOS G º (kj/mol) (kcal/mol) fosfoenolpiruvato piruvato + Pi -49,3-11,8 1,3-bisfosfoglicerato 3-fosfoglicerato + Pi -49,3-11,8 ATP AMP + PPi -45,6-10,9 Fosfocreatina Creatina + Pi -43,0-10,3 ADP AMP + Pi -32,8-7,8 Acetil-CoA Acetato + CoA -31,4-7,5 ATP ADP + Pi -30,5-7,3 glucosa-1-p glucosa + Pi -20,9-5,0 PPi 2Pi -19,2-4,0 fructosa-6-p fructosa + Pi -15,9-3,8 AMP adenosina + Pi -14,2-3,4 glucosa-6-p glucosa + Pi -13,8-3,3 glicerol-p glicerol + Pi -9,2-2,2

16 ESTRUCTURA DEL ATP enlaces ricos en energía Fosfato Ribosa (azúcar) Adenina (base nitrogenada) Adenosina (nucleósido) Adenosina-trifosfato (ATP) (nucleótido)

17 Factores que determinan el potencial de Transferencia del ATP Alta densidad de cargas de igual signo ( negativa ) 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

18 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 1. d. Fosfatos guanidas (fosfágenos). Fosfoenol pirúvico creatin fosfato

19 GRUPOS TRANSFERIDOS 2. GRUPOS ACILOS (esteres de la coenzima A) Derivados de la Coenzima A 3. GRUPOS METILOS S-Adenosil-metionina