Es el análisis cuantitativo de la forma en que los organismos adquieren y utilizan la energía.

Transcripción

1 BIOENERGÉTICA

2 BIOENERGÉTICA Es el análisis cuantitativo de la forma en que los organismos adquieren y utilizan la energía. 1. Conservación de la energía: La energía puede cambiar de forma, pero no puede ser Las transformaciones de creada ni destruida. la energía en las células obedecen las leyes de la termodinámica. 2. Entropía: En el universo siempre se tiende a incrementar el desorden. En todo proceso natural la entropía tiende a aumentar.

3 1.- PARÁMETROS TERMODINÁMICOS a) ENTALPÍA (H) Expresa el calor absorbido o liberado en una reacción química. ΔH = H productos H sustratos ΔH negativo Exotérmica ΔH positivo Endotérmica

4 b) ENTROPÍA (S) Expresa el grado de desorden de una reacción química. ΔS = S productos S sustratos ΔS positivo Espontánea ΔS negativo No espontánea

5 c) ENERGÍA LIBRE DE GIBBS (G) Expresa la cantidad de energía necesaria para realizar trabajo. (P y T cte) ΔG = G productos G sustratos ΔG negativo Exergónica ΔG positivo Endergónica

6 Ecuación de Gibbs-Helmholtz Helmholtz: ΔG = ΔH T ΔS

7 2.- CLASIFICACIÓN DE LAS REACCIONES ΔG negativo EXERGÓNICA Reacciones que ocurren espontáneamente. t Liberan energía. ΔG positivo ENDERGÓNICA Reacciones que no ocurren espontáneamente Requieren energía para ocurrir.

8 SERES VIVOS Máquinas químicas que operan a T y P constantes Sistemas termodinámicos abiertos en estado estacionario

9 3. - DETERMINACIÓN DE LA ENERGÍA LIBRE a) Energía libre estándar y constante de equilibrio ΔGº = -R RTl lnk eq R = constante de los gases 8.31 J/mol K T = temperatura en K (298 K = 25 ºC) K eq = constante de equilibrio en condiciones biológicas (ph = 7.0)

10 Keq Ln Keq G Comentario >1 Positivo Negativo La formación de los productos se ve favorecida en el equilibrio. =1 Cero Cero La formación de los productos y reactantes es igualmente favorecida al alcanzar el equilibrio. <1 Negativo Positivo La formación de reactantes se ve favorecida en el equilibrio.

11 Ejemplo: isomerización de la glucosa-1-fosfato a glucosa-6-fosfato, reacción catalizada a ada por la enzima fosfoglucomutasa: og u GLUCOSA-1-P GLUCOSA-6-P Cuando se alcanza la condición de equilibrio la concentración de glucosa-1-fosfato es 0.001M y la concentración de glucosa-6-fosfato es 0.019M, a 25 C y ph 7. Con estos valores se determina la constante de equilibrio Keq.

12 Keq = G6P/G1P = 19 A partir de este valor se puede calcular G ΔG = -RTLnKeq = -(8.31 J/mol K)(298K)(Ln19) = -7.3 KJ/mol EXERGONICA

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14 b) Energía libre estándar de formación ΔGº = G productos - G reactantes Tabla: Energías libres estándar de formación en Sustancia Gº formación Kcal/mol Acetato -88,99 Alanina -88,75 Aspartato -166,99 disoluciones Bicarbonato -140,33 acuosas 1M a ph7 y 25 C Dioxido de carbono -94,45 Fumarato -144,41 Glucosa -219,22 22 Lactato -123,76 Malato -201,98 Piruvato -113,44 Sucinato -164,97 Agua (líquida) -56,69

15 Ejemplo: se determinará el G para la siguiente reacción, utilizando los datos de la tabla anterior. fumarato + agua malato G = G productos - G reactantes t G = -201,98 (-144, ,69) G = -0,88 Kcal/mol

16 c) Energía libre estándar y potenciales estándar de reducción Reacción redox dador de electrones aceptor de electrones Los electrones se pueden transferir mediante: 1.- Directamente como electrones. Ej: el par redox Fe +3 / Fe +2 puede transferir un electrón al par redox Cu +1 / Cu Se pueden transferir en forma de átomos de hidrógeno. Ej: AH 2 A + 2e - + 2H + (FADH 2 ) 3.- Pueden ser transferidos de un dador electrónico a un aceptor en forma de hidruro que incluye a dos electrones. Ej: NAD Finalmente como una combinación directa de un reductor orgánico con oxígeno. Ej: oxidación de un hidrocarburo a alcohol.

17 POTENCIAL ESTANDAR DE REDUCCION (Eº) Medida (en volts) de la afinidad que tiene por los electrones, el aceptor de los electrones.

18 Luego: ΔGº = -n F E donde: n= número de electrones transferidos F= constante de Faraday (96,48 KJ/ v mol) E = diferencia de potencial de reducción Ejemplo: determinar Gº, para la reacción en la cual el acetaldehido es reducido por el transportador electrónico NADH acetaldehido + NADH + H + etanol + NAD +

19 Las semireacciones pertinentes y sus valores de E son: Acetaldehido + 2H + + 2e - etanol E = -0,20 v NAD + +H e - NADH E = -0,32 032v La reacción global tiene un E = + 0,12 voltios y n =2 Por lo tanto G = -n F E =-2 * 96,5 * 0,12 = - 23,7 KJ / mol

20 Cuando las concentraciones de las especies reaccionantes no son 1M, se tendrá: ΔG G = -n F E Donde E estará dado por: E = Eº + RT Ln [aceptor electrón] E E + RT Ln [aceptor electrón] nf [dador electrón]

21 R = constante de los gases (8.31 J/mol*K) T = temperatura ºK (298 ºK) n = Número de electrones transferidos. F = constante de faraday ( J/V*mol) Luego: E = Eº Ln [aceptor electrón] n [dador electrón] Ejemplo: Determinar el G, de la reacción anterior cuando las concentraciones del acetaldehido y NADH son 1M y las del etanol y el NAD + son 0,1 M

22 COMO HACEN LOS SERES VIVOS PARA LLEVAR A CABO REACCIONES ANABÓLICAS Y PROCESOS QUE REQUIEREN ENERGÍA A TRAVES DE REACCIONES ACOPLADAS Elementos 1 Una reacción que libera energía 2 Una reacción que requiera energía 3 Un intermediario común

23 PARA QUE DOS REACCIONES PUEDAN ACOPLARSE ES NECESARIO QUE TENGAN UN INTERMEDIARIO COMUN

24 Ejemplo:Fosforilación de la glucosa acoplada a la hidrólisis del ATP REACCION 1 ATP ADP + fosfatof ΔGº (kj mol -1 ) -30,9 REACCION 2 Glucosa Gucos + fosfato o Glucosa-6-P Gucos +16,7 ATP + glucosa Glucosa-6-P + ADP -14,2 Elementos Una reacción que libere energía ( ΔG<O) REACCION 1 Una reacción que requiera energía (ΔG>O) Un intermediario común fosfato REACCION 2

25 REACCIONES ACOPLADAS REACCIONES EXERGONICAS (Liberan energía libre) ATP REACCIONES ENDERGONICAS (Requieren energía libre) TRANSPORTADOR DE ENERGIA DESDE LOS PROCESOS CELULARES PRODUCTORES DE ENERGIA A LOS PROCESOS QUE REQUIEREN ENERGIA

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27 COMPUESTOS CON ENLACES FOSFATOS DE GRAN ENERGIA

28 HIDRÓLISIS DE ACETIL CO-A

29 NADH / NAD+

30 FADH 2 / FADH + / FAD