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Bioenergética

• Estudia las transformaciones de energía en las células.
• Examina los procesos de absorción, transformación y entrega de energía en sistemas biológicos.
• Permite predecir las transformaciones y cuantificar las variaciones termodinámicas.

Organismo Humano

• Es un sistema abierto, alejado del equilibrio.
• Permite la transferencia de materia y energía con el entorno.
• Posee paredes diatérmicas que permiten el intercambio de calor.
• Posee partes móviles que permiten el intercambio de energía.
• Las transformaciones de energía en la célula y los procesos químicos que las sustentan cumplen con las leyes de la termodinámica.

Conceptos

• Proceso exotérmico: Libera calor al entorno.
• Proceso endotérmico: Absorbe calor del entorno.
• Proceso exergónico: Libera energía (es espontáneo).
• Proceso endergónico: Absorbe energía (no es espontáneo).
• Ley cero de la termodinámica: Dos cuerpos que están en equilibrio térmico con un tercer cuerpo, están en equilibrio térmico entre sí.
• Primera ley de la termodinámica: La energía en un sistema aislado se conserva.
• Segunda ley de la termodinámica: En un sistema aislado, la entropía (desorden) es máxima cuando todos los procesos reversibles han finalizado.

Funciones de Estado

• Son propiedades que dependen de las condiciones (presión, temperatura, volumen) del sistema, tanto en el estado inicial como en el final, ignorando el proceso de transición entre ambos.
• Entalpía (H): Representa el cambio de calor de un sistema.
• Entropía (S): Mide el grado de libertad de un sistema y si un proceso es espontáneo o no.
• Energía de Gibbs (G): Indica si un proceso es favorable energéticamente. Un valor negativo de ΔG indica un proceso espontáneo.

ΔG = ΔH - TΔS

• Una reacción es espontánea cuando ΔG es negativo.
• Las reacciones endergónicas tienen valores positivos de ΔG.
• Las reacciones exergónicas tienen valores negativos de ΔG.

Reacciones acopladas

• Muchos procesos bioquímicos endergónicos dependen del acoplamiento con reacciones exergónicas para ocurren.
• Ejemplo: la glucosa-6-P y el ATP.

ATP y energía celular

• Es un nucleótido formado por adenina, ribosa y tres grupos fosfato.
• Es la principal fuente de energía en las células.
• Proporciona energía libre para procesos endergónicos.
• Otros nucleósidos trifosfato también cumplen funciones similares al ATP.
• La energía almacenada en los enlaces fosfato del ATP es liberada cuando se rompen.
• La hidrólisis del ATP proporciona energía para reacciones bioquímicas.

Síntesis de ATP

• El ATP se sintetiza a través de diferentes vías metabólicas.
• Fotofosforilación (cloroplastos): Usa la luz como fuente de energía para generar ATP.
• Quimiosíntesis: Usa reacciones químicas como fuente de energía.
• Fosforilación oxidativa (mitocondrias): Usa una cadena de transporte de electrones para generar ATP. La cadena de transporte de electrones se ubica en la membrana mitocondrial.

Fotosíntesis

• Es un proceso que transforma la energía solar en energía química.
• Tiene lugar en los cloroplastos.
• Hay dos fases: fase luminosa (tilacoides) y fase oscura (estroma).
• Las reacciones luminosas capturan energía solar y producen ATP y NADPH.
• Las reacciones oscuras utilizan ATP y NADPH para transformar CO2 en carbohidratos.

Respiración celular

• Es un proceso catabólico que degrada compuestos orgánicos para liberar energía.
• Ocurre en las mitocondrias.
• Hay cuatro etapas: glucólisis, formación de acetil-CoA, ciclo de Krebs y cadena respiratoria.

Glucólisis

• Se produce en el citoplasma.
• Es una ruta anaeróbica.
• Produce 2 moléculas de piruvato, 2 ATP y 2 NADH.

Fermentación

• Es una ruta anaeróbica que sigue a la glucólisis cuando no hay oxígeno suficiente.
• Produce etanol y CO2 (fermentación alcohólica) o ácido láctico (fermentación láctica).

Ciclo de Krebs (Ciclo del ácido cítrico)

• Se realiza en la matriz mitocondrial.
• Es una ruta cíclica que produce ATP, NADH y FADH2.
• Es una parte de la respiración aerobia.

Cadena respiratoria

• Se encuentra en la membrana mitocondrial interna.
• Es una serie de reacciones de oxidación-reducción que producen un gradiente electroquímico.
• Usa el NADH y FADH2 para generar ATP mediante la fosforilación oxidativa.

Complejos de la cadena respiratoria

• Complejo I (NADH deshidrogenasa): Transfiere electrones del NADH a la ubiquinona y bombea protones.
• Complejo II (succinato deshidrogenasa): Transfiere electrones del succinato a la ubiquinona sin bombear protones.
• Complejo III (ubiquinona-citocromo c oxidoreductasa): Transfiere electrones de la ubiquinona al citocromo c, bombeando protones.
• Complejo IV (citocromo oxidasa): Transfiere electrones al oxígeno, reduciéndolo a agua, bombeando protones.
• Complejo V (ATP sintasa): Usa el gradiente electroquímico de protones para sintetizar ATP.

Teoría quimiosmótica

• Explica la síntesis de ATP en la fosforilación oxidativa y en la fotofosforilación.
• El gradiente electroquímico de protones generado por la cadena de transporte de electrones impulsa la síntesis de ATP a través de la ATP sintasa.

Intermediarios

• NADH: Transporta electrones en reacciones de deshidrogenación para la síntesis de ATP.
• FAD: Transporta electrones en reacciones de deshidrogenación para la síntesis de ATP.

Vías metabólicas

• Las vías metabólicas son series de reacciones químicas organizadas que tienen lugar de manera interrelacionada.
• Los procesos anabólicos construyen moléculas complejas.
• Los procesos catabólicos degradan moléculas complejas.

Tipos de metabolismo

• Autótrofos: Organismos que pueden producir sus propios compuestos orgánicos a partir de sustancias inorgánicas.
• Heterótrofos: Organismos que deben obtener sus compuestos orgánicos del medio.
• Fotoautótrofos: Obtienen energía de la luz. Las plantas verdes son un ejemplo.
• Quimioautótrofos: Obtienen energía de reacciones químicas, como las bacterias ferrosas.
• Fotoheterótrofos: Organismos que obtienen energía de la luz y los materiales a partir de moléculas orgánicas, como ciertas bacterias purpúreas.
• Quimioheterótrofos: Obtienen energía y material de moléculas orgánicas, como un ejemplo los animales y hongos.

Balance energético global

• Resumen de la producción de ATP en cada etapa metabólica de la oxidación de una molécula de glucosa.