TEMA 11:
SISTEMA ATP-ADP
IV. Bioenergética
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Asignatura: Bioquímica, Profesor: , Carrera: Biologia, Universidad: UV
Tipo: Apuntes
Antes del 2010
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TEMA 11:
SISTEMA ATP-ADP
IV
. Bioenergética
INTRODUCCIÓN A LA BIOENERGÉTICA
La Bioenergética es la parte de la termodinámica que estudia losprocesos de obtención, transformación y utilización de energíade los seres vivos.
PRINCIPIOS TERMODINÁMICOS APLICADOS
A LOS SERES VIVOS
SERES VIVOS: Estructuras ABIERTAS, DINÁMICAS, que son capaces deobtener energía de su entorno, transformarla en ENERGÍA ÚTIL que seemplea para mantenerse ALEJADO DEL EQUILIBRIO.
Un
organismo
vivo
se
encuentra
ALEJADO
DEL
EQUILIBRIO:
Capacidad para realizar un trabajo.
EQUILIBRIO QUÍMICO = MUERTE CELULAR
Los seres vivos son SISTEMAS ABIERTOS: Intercambio de materia y
energía con el exterior.3.
Los seres vivos son sistemas en ESTADO ESTACIONARIO DINÁMICO:
Aunque
la
composición
química
sea
constante,
las
moléculas
están
siendo sintetizadas y degradadas constantemente.4. La ENERGÍA ÚTIL:
Indica la cantidad de trabajo que podemos obtener
del sistema. ENERGIA LIBRE DE GIBBS.
Un Ser Vivo desde el punto de vista de la BioenergUn Ser Vivo desde el punto de vista de la Bioenergé
ética
tica
La
Bioenergética
define a los
Seres Vivos
como:
Sistemas abiertos, dinámicos, que emplean la energía libre que obtienen delentorno (energía química -redox- o electromagnética) para mantenerse alejadosdel equilibrio con el objeto de crecer, mantenerse y reproducirse.
Sólo un sistema alejado delequilibrio puede realizar trabajomientras busca el equilibrio Un
sistema en equilibrio
no puede
llevar a cabo ningún trabajo
Analogía
de un ser vivo
con un sistema
hidráulico
Analogía
de un ser vivo
con un sistema
hidráulico
¿Cómo los seres vivos se mantienen lejos delequilibrio?¿Cómo transforman la energía libre en una forma útil?
Las céLas c
élulas precisan de fuentes de energ
lulas precisan de fuentes de energí
ía libre
a libre
Energía química (redox)
ENERGÍA
Síntesis de
macromoléculas
Síntesis de otros
constituyentes
celulares
Movimiento
celular
Transporte
de moléculas
contra
gradiente
Generación de potencialeléctrico de
membrana
Calor
Energía electromagnética
Fotosíntesis
Metabolismo
Las células heterotróficas adquieren
energía libre
de las
moléculas de nutrientes
y
las células fotosintéticas la adquieren de la
radiación solar absorbida
Ambos tipos de células
transforman
esta energía libre en
ATP
y otros compuestos
ricos en energía capaces de proporcionar energía para trabajo biológico.
Entropía
- una expresión cuantitativa del desorden de un sistema (
S)
Entalpía
- el contenido calórico de un sistema (
H). Refleja el número y clase de
enlaces químicos en los reactivos y productos.
Exergónico- Cuando una reacción libera energía libre (favorable,
G<0)
Endergónico- Cuando una reacción consume energía libre (desfavorable,
G>0)
Energía libre de Gibbs-
la cantidad de energía capaz de realizar un trabajo (
G)
Exotérmico- Cuando una reacción libera calor al entornoEndotérmico- Cuando una reacción toma calor del entorno
Funciones termodinámicas que describen los cambios de energía queocurren en una reacción química
El signo deEl signo de
∆∆
G nos indica la direccióG nos indica la direcci
ón en la que un
n en la que un
proceso es espontáproceso es espont
áneo en su b
neo en su bú
úsqueda del equilibrio
squeda del equilibrio
G<
Reacción
exergónica
El proceso o reacción se
producirá de forma espontánea
(favorable)
Podrá producir trabajo
A
B
G>
Proceso
endergónico
No
se producirá de forma
espontánea
Para que se produzca
será
∆ necesario aportar energía
G=
El proceso se encuentra en
equilibrio
∆
G = G
B
- G
A
∆
G = 0
EQUILIBRIO
∆
G < 0
REACCIÓN EXERGÓNICA
∆
G > 0
REACCIÓN ENDERGÓNICA
Energía libre (G)
Transcurso de la reacción
A + B
C
D
En una reacción química, la composición de reactivos yproductos tiende a cambiar hasta alcanzar el equilibrio
y se define la
constante de equilibrio (K
eq
de la reacción como:
[ ] [ ][ ] [ ]
eq
eq
eq
eq
B
A
D
C
K
eq
=
El equilibrio de una reacción
[S] = [P]
G yG y
G
G°
Para la reacción:se define la variación de energía libre como:
A + B
C + D
T
= 298 K (25 °C) y
R
= 8.31 J.mol
.K
donde
∆
G°’
es la
variación de energía libre medida en
el estado estándar bioquímico
, es decir T=25 °C, P = 1
atm, y concentración de reactivos y productos son 1M, excepto ladel agua y la [H
] que se considera 10
M, es decir pH 7.
[ ][ ][
][ ]
B
A
D
C
RTln
G
G
El criterio de espontaneidad para una reacción en la
célula es
∆
G, no
∆
G
o
Glucosa-1-fosfato
Glucosa-6-fosfato
Un ejemplo
El análisis químico demuestra que tanto si empezamos con 20 mM G-1-P(sin G-6-P) o con 20 mM G-6-P (sin G-1-P), la mezcla final en equilibriocontendrá 1 mM G-1-P y 19 mM G-6-P
K´
eq
[G-6-P][G-1-P]
M
M
eq
RTlnK'
'
∆
G
−
=
°
∆
G
o
’ = - (8.315 J/mol
K)(298K)(ln19) = - 7.3 kJ/mol
Dependencia entreDependencia entre
∆∆
G°G
°’
’ y K
y K’
’
eqeq
G
o’
y K’
eq
dan la misma
información: una vezalcanzado el equilibrio lasustancia que más abunda
[P]<<[S]
[P] = [S]
[P]>>[S]
El valor deEl valor de
∆∆
G determina la posibilidad, pero no laG determina la posibilidad, pero no la
probabilidad (velocidad) de una reaccióprobabilidad (velocidad) de una reacci
ón
n
La
velocidad
de una
reacción química nodepende de
G
, sino
del valor de la
energía
de activación
El
G total
para una serie de
reacciones acopladas
por un
intermediario
común
es igual a la
suma
de las
G de las etapas individuales
El
intermediario común
puede ser un
compuesto
químico
, un
gradiente iónico
, o
una
modificación de un enzima
(cambio conformacional)