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INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO /
Tema 16 : Bases termodinámica de las reacciones bioquímicas: Variación de energía libre. Compuestos ricos en energía: ATP
y su papel biológico. Acoplamiento energético de las reacciones bioquímicas.. 2 horas (25, 26 – nov )
1.-Introducción al metabolismo
Metabolismo: Suma de transformaciones químicas que se producen en una célula u organismo (vías
metabólicas).
Características:
- Las reacciones enzimáticas están organizadas en las rutas metabólicas.
- Un precursor se convierte en producto final a través de intermediarios: metabolitos.
- Cada reacción ocasiona un pequeño cambio específico en la estructura química.
- Las vías metabólicas son interdependientes y sus actividades están reguladas coordinadamente.
Funciones:
- Degradar compuestos nutrientes para obtener energía química y moléculas propias de la célula.
- Polimerizar precursores monoméricos en macromoléculas tipo biopolímeros.
- Sintetizar y degradar biomoléculas con funciones especializadas y necesarias para la célula.
CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS METABÓLICOS
Catabólicos Anabólicos
Reacciones de degradación de nutrientes Reacciones de Biosíntesis
Liberación de energía Requieren energía
22 ..--BBiiooeenneerrggééttiiccaa
Las células y los organismos vivos son sistemas abiertos que intercambian
materiales y energía con su entorno.
Aprovechan la energía:
A partir de la energía solar (Autót.)
A partir de componentes químicos de su
entorno (Heterót.)
Utilizan la energía para la producción de
un trabajo biológico.
- Biosíntesis (anabolismo)
- Trabajo mecánico (contracción muscular)
- Gradientes osmóticos (transporte contra gradiente)
- Trabajo eléctrico (transmisión del impulso nervioso)
La Bioenergética es el estudio cuantitativo de la transferencia y
utilización de la energía en los sistemas biológicos.
Las reacciones metabólicas se rigen por las leyes de la termodinámica
1º.- Principio de conservación de la energía
2º.- Aumento natural del desorden (∆S positivo)
3.- Energía libre de Gibbs (G): Cantidad de energía capaz de realizar trabajo durante una reacción a Tª y presión
constantes, condiciones físicas para la vida.
La energía libre es la única energía útil para los organismos, ya que la entropía es la energía degradada.
Entalpía (H): contenido calórico del sistema
Entropía (S): aleatoriedad o desorden del sistema
∆H > 0 Reacción endotérmica (absorbe calor)
∆H < 0 Reacción exotérmica (libera calor)
∆S > 0 Aumenta entropía en el sistema
∆S < 0 Disminuye entropía en el sistema
La única energía que pueden utilizar las células es la energía libre, porque es la única capaz de realizar
trabajo durante una reacción a Tª y presión constantes Energía libre de Gibbs (G)
La energía libre de Gibbs es la cantidad de energía capaz de realizar trabajo durante una reacción a Tª y presión
constantes. Proporciona información sobre:
- La dirección de la reacción química
- Composición en el equilibrio
- La cantidad de trabajo desarrollado por la reacción
4.- Variación de energía libre (∆∆∆∆G)
Predice si una reacción es posible energéticamente o no
∆∆ ∆∆G = 0 Proceso en equilibrio
∆∆ ∆∆G > 0 Reacción endergónica, consume energía
∆∆ ∆∆G < 0 Reacción exergónica, genera energía (espontánea)
5.- Relación entre el ∆G y la K de equilibrio de una reacción:
A + B C + D ∆∆∆∆G = 0 ∆∆∆∆G = - RT ln Keq
En condiciones estándar: 25º C, 1 atm presión, [R] y [P] = 1 M, la variación de G se denomina: ∆G
o
En condiciones fisiológicas: pH = 7 , ∆G´
o
∆G´
o
es un parámetro que expresa la termodinámica de una reacción, al igual que la constante de equilibrio y es
característica de cada reacción bioquímica
K´
eq
< 1 ∆∆∆∆G
´o
(+) endergónica
K´
eq
∆G
´o
(0) equilibrio
K´
eq
> 1 ∆∆∆∆G
´o
(-) espontanea
∆G
o
= variación de E libre en condiciones estándar (25º C, 1 atm, [R] y [P] = 1 M). Valor fijo para cada reacción
∆G = variación de E libre real. Es variable, depende de la [R] y [P] y de la Tª
Si la reacción está en el equilibrio, la variación de energía libre es nula ∆ ∆∆
∆G = 0
∆G = ∆H - T∆S
∆G = G
P
R
Reactivos
G
R
Productos
G
P
K
eq
=
[C]
eq
[D]
eq
[A]
eq
[B]
eq
∆∆∆∆G´
o
= - RT ln K´
eq
[C] [D]
[A] [B]
∆G = ∆
∆G
´o
∆G
´o
[C]
eq
[D]
eq
[A]
eq
[B]
eq
∆∆∆∆G´
o
= - RT ln K´
eq
HIDRÓLISIS DEL ATP: POTENCIAL DE
TRANSFERENCIA DE GRUPO P
ATP
∆G
´o
= -30,5 kJ/mol
ADP
Pi
OOttrrooss ccoommppuueessttooss rriiccooss eenn eenneerrggííaa
Flujo de grupos P
Las moléculas con alta energía de hidrólisis de su grupo
fosfato son Dadores de P de alta energía:
Los compuestos cuyo grupo fosfato al hidrolizarse libere
menor energía son: Aceptores de P de baja energía
Los compuestos fosfato de alta energía (1,3-bisfosfoglicerato)
pueden acoplar a su hidrólisis la fosforilación del ADP hasta
ATP: fosforilación a nivel de sustrato.
ATP + H
2
O
ADP + Pi
