Introducción al metabolismo

Transcripción

1 Introducción al metabolismo Patricio Muñoz Torres Metabolismo n Las células llevan a cabo reacciones químicas (metabolismo) y organizan sus moléculas en estructuras específicas. n 2 tipos de reacciones metabólicas: catabólicas (liberan energía de la degradación) y anabólicas (consumen energía para la síntesis).

2 Metabolismo Metabolismo

3 Metabolismo Leyes de la Termodinámica Todos los Procesos Celulares se Rigen por las Leyes de la Termodinámica Primera Ley Para cualquier cambio físico o químico, la cantidad total de energía en el universo se mantiene constante. La energía puede cambiar su forma, pero no puede ser creada ni destruida. Segunda Ley El universo siempre tiende a un aumento en el desorden. En todos los procesos naturales, la entropía tiende a aumentar.

4 Parámetros Termodinámicos: Entalpía ENTALPIA (H): Expresa el calor asociado a una reacción química. Δ H = H productos H sustratos Δ H negativo (-ΔH) Exotérmica, libera calor Δ H positivo (+ΔH) Endotérmica, absorbe calor Parámetros Termodinámicos: Entropía ENTROPIA (S): Expresa cuantitativamente el desorden de una reacción química. Δ S = S productos S sustratos Δ S negativo (-ΔS) No espontánea Δ S positivo (+ΔS) Espontánea, aumenta desorden

5 Parámetros Termodinámicos: Energía libre de Gibbs ENERGIA LIBRE DE GIBBS (G): Expresa la cantidad de energía necesaria para formar un compuesto a partir de sus elementos. A presión (P) y temperatura constante (T): Δ G = G productos G sustratos Δ G negativo (-ΔG) Exergónica, libera energía Δ G positivo (+ΔG) Endergónica, requiere energía Parámetros Termodinámicos ΔG = ΔH T ΔS G : Energía libre de Gibbs H : Entalpía S : Entropía T : Temperatura absoluta (en grados Kelvin) Cuando una reacción química ocurre a T constante el cambio en G está determinado por el cambio en H y en S. ΔG < 0 (-ΔG) : Reacción Espontánea ΔG > 0 (+ΔG) : Reacción No Espontánea

6 Energía Libre Estándar y Constante de Equilibrio aa + bb ßà cc + dd K eq = [C] c [D] d [A] a [B] b Un valor grande de Keq significa que la reacción tiende a proceder hacia la generación de productos. ΔG º = -RT ln K eq R = constante de los gases 8.31 J/mol K T = temperatura en K (298 K = 25 ºC) K = constante de equilibrio en condiciones fisiológicas (ph = 7.0) Energía Libre Estándar y Constante de Equilibrio ΔG º = -RT ln K eq

7 Energía Libre Estándar y Constante de Equilibrio Analizaremos el paso de glucosa-1-fosfato a glucosa-6-fosfato, reacción catalizada por la enzima fosfoglucomutasa : GLUCOSA-1-P ßà 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 0.019M. Con estos valores calculamos el ΔG: Keq = G-6-P/G-1-P = 19 ΔG = -RT Ln Keq ΔG = -(8.315 J/mol K)(298K)(Ln19) ΔG = -7.3 KJ/mol Reacción Espontánea

8 G y G Por convenio las variaciones de G se miden en condiciones constantes o estándar, que son 25 C, 1 atmósfera de presión, indicándose estas condiciones en su símbolo como un superíndice ( G ). Si además se tiene en cuenta el ph de los medios biológicos y la determinación se realiza a ph = 7, se añade el superíndice ( ) ( G ) condiciones estándar bioquímicas. ΔG º = -RT ln K eq R = constante de los gases 8.31 J/mol K T = temperatura en K (298 K = 25 ºC) K = constante de equilibrio en condiciones fisiológicas (ph = 7.0) G y G

9 Reacciones Acopladas Cómo hacen los seres vivos para llevar a cabo reacciones anabólicas y procesos que requieren energía? Utilizando Reacciones Acopladas: 1 Una reacción que libera energía 2 Una reacción que requiera energía 3 Un intermediario común Reacciones Acopladas 1 Una reacción que libera energía 2 Una reacción que requiera energía 3 Un intermediario común

10 Importancia del ATP La molécula de adenosina trifosfato (ATP) posee enlaces de alta energía. La liberación de un fosfato del ATP es un proceso altamente exergónico y se encuentra acoplado a muchas reacciones endergónicas en la célula. Ejemplo Fosforilación de la glucosa acoplada a la hidrólisis del ATP ΔGº (kj mol -1 ) REACCION 1 ATP ADP + FOSFATO -30,9 REACCION 2 Glucosa + FOSFATO Glucosa-6-P +16,7 ATP + glucosa Glucosa-6-P + ADP -14,2 Una reacción que libere energía ( ΔG < 0) Una reacción que requiera energía (ΔG > 0) Un intermediario común fosfato REACCION 1 REACCION 2

11 Reacciones Acopladas REACCIONES EXERGÓNICAS (Liberan energía libre, G) ATP REACCIONES ENDERGÓNICAS (Requieren energía libre) Transportador de Energía Desde los procesos celulares productores de energía a los procesos que requieren energía. Reacciones Acopladas

12 Compuestos de alta energía n La energía de las reacciones redox se conserva en la célula mediante la formación de compuestos con enlaces de alta energía, principalmente en forma de fosfato. n Los grupos fosfato se unen por enlace éster o anhídrido, pero no todos estos enlaces son de alta energía. El ATP es la molécula energética por excelencia en una célula Enlace de baja energía Enlace de alta energía Compuestos de alta energía

13 Compuestos de alta energía n Además de los compuestos de fosfato ricos en energía, la célula produce otros compuestos para almacenar energía que se libera en reacciones exergónicas.. n Incluye derivados de la coenzima A (ej. acetil-coa), que contienen enlaces tioéster ricos en energía. Derivados de CoA son la principal fuente de energía de anaerobios, principalmente fermentadores Enlace de alta energía Reducción-oxidación (Redox) n La liberación de energía producto de las reacciones Redox se acopla la síntesis de ATP. n Oxidación: paso de 1 o más electrones de un compuesto a otro. Reducción: ganancia de 1 o más electrones. n En sistemas biológicos, las reacciones Redox involucran transferencia no sólo de electrones sino de átomos de H.

14 Reducción-oxidación (Redox) Reducción-oxidación (Redox)

15 Reducción-oxidación (Redox) n Las sustancias varían en su tendencia a oxidarse o reducirse. Esta tendencia se expresa como potencial de reducción (E ). n El potencial se mide eléctricamente en voltios con relación al potencial del H 2. Los potenciales se expresan en la capacidad de reducirse: Especie oxidada + electrones Especie reducida n Los potenciales están influidos por el ph y en biología los potenciales se determinan a ph 7. Reducción-oxidación (Redox)

16 Transporte de electrones n La transferencia de electrones desde un donador a un aceptor de electrones requiere de intermediarios llamados transportadores. n Dos tipos: los que difunden libremente y los unidos a enzimas asociadas a membranas. n Transportadores difusibles: coenzimas de nicotinamida adenina dinucleótido (NAD) y NAD-fosfato (NADP). Los cuales transfieren dos átomos de H (deshidrogenación) al siguiente transportador. n El potencial negativo de NAD y NADP los convierte en buenos donadores de electrones. n NAD + /NADH funciona en reacciones catabólicas. n NADP + /NADPH funciona en reacciones anabólicas. Transporte de electrones oxidado reducido

17 Transporte de electrones Transporte de electrones

18 Muchas gracias Patricio Muñoz Torres