Bioquímica Sesión 10 Notas - Universidad Autónoma de Querétaro

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE MEDICINA LICENCIATURA EN MEDICINA CURSO PROPEDÉUTICO 2024 FUNDAMENTOS BÁSICOS DE BIOQUÍMICA BIOENERGÉTICA D.C. Sarahí Rodríguez González Sistema y ambiente Sistema y ambiente Ø Una célula viva es dinámica y para realizar todos los procesos requiere de en...

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE MEDICINA LICENCIATURA EN MEDICINA CURSO PROPEDÉUTICO 2024 FUNDAMENTOS BÁSICOS DE BIOQUÍMICA BIOENERGÉTICA D.C. Sarahí Rodríguez González Sistema y ambiente Sistema y ambiente Ø Una célula viva es dinámica y para realizar todos los procesos requiere de energía. Ø Esta energía debe ser obtenida, almacenada y procesada bajo un control detallado. Sistema y ambiente Sistema y ambiente Bioenergética es el análisis cuantitativo de la forma en que los organismos adquieren y utilizan la energía. Sistema y ambiente Sistema y ambiente Termodinámica. Es el estudio del calor y la energía. Analiza las modificaciones de temperatura, presión, densidad, masa y volumen en cada sistema. Sistema y ambiente Sistema y ambiente Un sistema es la parte del universo que elegimos estudiar. Puede ser un organismo unicelular o un organismo complejo. Sistema y ambiente Sistema y ambiente Ambiente es aquello que no es sistema y que se sitúa alrededor de él. Los sistemas interaccionan con el entorno transfiriendo masa, energía o las dos cosas. Sistema y ambiente Sistema y ambiente El estado de equilibrio que puede definirse como aquel proceso dinámico que tiene lugar en un sistema cuando el volumen, la temperatura y la presión no cambian. Sistema y ambiente Sistema y ambiente Sistema y ambiente Sistema y ambiente Variables y ecuación de estado Ø Las variables de estado son el conjunto de valores que adoptan ciertas variables físicas y químicas y que nos permiten caracterizar el sistema. Ø A las variables de estado también se les llama funciones de estado. Ø No todos los sistemas termodinámicos tienen el mismo conjunto de variables de estado. Ø En el caso de los gases son: 1. Presión 2. Volumen 3. Masa 4. Temperatura Sistema y ambiente Entropía y entalpía Entalpía es la cantidad de energía calorífica de una sustancia. Sistema y ambiente Entalpía En una reacción química, si la entalpía de los productos es menor que la de los reactantes se libera calor y decimos que es una reacción exotérmica. Si la entalpía de los productos es mayor que la de los reactantes se toma calor del medio y decimos que es una reacción endotérmica. Concepto de entropía y entalpía Entalpía Concepto de entropía y entalpía Entalpía Concepto de entropía y entalpía Entalpía La entalpía en Formación es por definición, la variación de entalpía que acompaña a la formación de un mol de compuesto a partir de los elementos que la componen a una presión y temperatura determinadas. La entalpía de Combustión es la variación de entalpía que se produce en la combustión de un mol de una sustancia. La entalpía de Disolución es el calor desprendido o absorbido en la disolución de un mol de cualquier sustancia (sólida, líquida o gaseosa) en agua. La entalpía de Reacción es la variación generada durante la reacción química de un mol de cualquier sustancia. La entalpía de Enlace (disociación) describe la energía almacenada en un enlace entre átomos de una molécula. Concepto de entropía y entalpía Entropía Ø La palabra procede del griego em que significa sobre, en y cerca de; y sqopg, que significa giro, alternativa, cambio, evolución o transformación. Ø Es el grado de desorden que tiene un sistema. Ø En termodinámica, la entropía es la magnitud que representa la energía que no puede utilizarse para producir trabajo. Ø Cuanto mayor es la entropía de un sistema, menor es su disponibilidad de energía y mayor es el desorden del mismo (sistemas abiertos). Concepto de entropía y entalpía Entropía Concepto de entropía y entalpía 1° ley de la termodinámica “El incremento en la energía interna de un sistema es igual a la cantidad de energía agregada al calentar el sistema menos la cantidad perdida como resultado del trabajo realizado por el sistema con sus alrededores…” Concepto de entropía y entalpía 1° ley de la termodinámica Sistema y ambiente Sistema y ambiente Concepto de entropía y entalpía 2° ley de la termodinámica En un sistema, un proceso que ocurre tiende a incrementar la entropía del universo…” Concepto de entropía y entalpía termodinámica. “Si A y B se encuentran cada uno por separado en equilibrio térmico con C, entonces A esta en equilibrio térmico con B”. ley 0 “Para reducir la entropía en un sistema, se requiere incrementar la entropía en sus alrededores…” primera y segunda ley Concepto de entropía y entalpía Energía libre de Gibbs El cambio de Gibbs en la energía libre (∆G) es aquella porción del cambio en energía total que es capaz de utilizarse para realizar un trabajo; ie, la energía libre es la energía útil en un sistema (potencial químico). La energía libre de Gibbs es la función de estado termodinámica fundamental que gobierna procesos que se realizan a temperatura y a presión constantes. Concepto de entropía y entalpía Energía libre de Gibbs Los sistemas biológicos se adhieren a las leyes generales de la termodinámica: 1-La energía total en un sistema, incluyendo sus alrededores, permanece constante. Esto implica que dentro del sistema total la energía no se pierde ni se gana durante los cambios; sin embargo, la energía puede ser transferida de una parte a otra del sistema, y ser transformada a otra clase de energía (calor, eléctrica, mecánica, radiante, etc.). 2-La entropía total de un sistema debe incrementarse para que un proceso ocurra en forma espontánea. La entropía es el grado de desorden o aleatoriedad de un sistema, y se vuelve máximo conforme se acerca al equilibrio. Concepto de entropía y entalpía Energía libre de Gibbs La relación entre el cambio en la energía libre (∆G) y el cambio en la entropía (∆S) se puede expresar en la siguiente ecuación, que combina las 2 leyes de la termodinámica (donde ∆E es el cambio total en la energía interna de la reacción, y T es la temperatura absoluta: ∆G = ∆E - T∆S Concepto de entropía y entalpía Energía libre de Gibbs Si el ∆G es negativo, la reacción procede espontáneamente con liberación de energía libre = reacción exergónica (exotérmica). Si ∆G es positivo, la reacción procede solamente si la energía libre puede ser invertida = reacción endergónica (endotérmica). Cuando el ∆G = 0, el sistema se encuentra en equilibrio y no ocurre ningún cambio. Cuando los reactantes están presentes en concentraciones de 1.0 mol/L = ∆G0; cuando el sistema tiene un pH de 7.0 = ∆G0’ Concepto de entropía y entalpía Energía libre de Gibbs Concepto de entropía y entalpía Energía libre de Gibbs Existe un gran número de reacciones en que, al mismo tiempo que se llevan a cabo la reacción en un sentido u otro. (A +B C + D). En estos casos, el sistema después de tiempo alcanza un estado de equilibrio, donde las concentraciones de A+B y de C+D están contantes. En donde [C]eq, [D]eq, [A]eq y [B]eq son las concentraciones de los productos y reactantes en el equilibrio. Concepto de entropía y entalpía Energía libre de Gibbs Es importante recordar que mientras mas grande sea el valor de esta contante, la concentración de los productos en el equilibrio será mucho mayor que la de los reactantes. Esto a su vez, indica que, desde un punto de vista energético, los productos son más estables que los reactantes. Concepto de entropía y entalpía Energía libre de Gibbs El cambio en la energía libre puede ser calculado a partir de la constante de equilibrio de una reacción: ∆G0’ = -RT ln K’eq Ø En donde R es la CONSTANTE UNIVERSAL de los gases y tiene un valor de 1.987 cal mol-1 K-1 Ø T es la TEMPERATURA ABSOLUTA en grados Kelvin (298º K), Ø In se refiere al logaritmo natural o base e Concepto de entropía y entalpía Energía libre de Gibbs En donde [C], [D], [A] y [B] son las concentraciones de los productos y reactantes en las condiciones actuales del experimento o dentro de la célula. R es la CONTANTE UNIVERSAL de los gases, T es la TEMPERATURA ABSOLUTA en grados Kelvin, In se refiere al logaritmo natural o base e Energía libre de Gibbs De esta forma al medir la concentración actual de productos y reactantes se podrá calcular el valor de ∆G y, por lo tanto, decidir sobre la espontaneidad de una reacción en condiciones diferentes. Concepto de entropía y entalpía Energía libre de Gibbs En un sistema bioquímico, una enzima solamente acelera la obtención del equilibrio, nunca afecta al punto de equilibrio de la reacción; debido a que la enzima no tiene efecto en la ∆G0’. Ejemplo: la enzima fosfoglucomutasa cataliza la conversión de Glucosa-1-P a Glucosa-6-P. Si tenemos inicialmente una [G1P] de 20 mM, la mezcla final en equilibrio tendrá una [G1P] de 1 mM; y si comenzamos con una [G6P] de 2 mM, tendremos una [G6P] de 19 mM en equilibrio. Concepto de entropía y entalpía Concepto de entropía y entalpía ATP El ATP es la moneda de cambio de la energía celular, actúa como un donador de grupos fosfato con enlaces altamente energéticos (potencial de transferencia de grupos químicos muy alto). Concepto de entropía y entalpía ATP Ø Transfiere la energía libre derivada de substancias con potencial energético alto a aquellas substancias con un potencial energético menor. Ø En presencia de las enzimas necesarias el ADP puede aceptar un fosfato altamente energético para formar ATP, una reacción altamente eficiente y rápida. Concepto de entropía y entalpía ATP Existen 3 fuentes principales de grupos fosfatos altamente energéticos que toman parte en los procesos energéticos intracelulares: 1. fosforilación oxidativa 2. glucólisis 3. ciclo de Krebs. Concepto de entropía y entalpía ATP Concepto de entropía y entalpía ATP Concepto de entropía y entalpía ATP Concepto de entropía y entalpía ATP + 3.3 kcal/mol Concepto de entropía y entalpía ATP Concepto de entropía y entalpía NAD+ NADH El dinucleótido de nicotinamida adenina (NAD) Fosfato de dinucleótido de nicotamida y adenina (NADP) Es una coenzima y esta compuesta por un dinucleótido. Concepto de entropía y entalpía NAD+ NADH Concepto de entropía y entalpía + NAD NADH Concepto de entropía y entalpía + NAD NADH Concepto de entropía y entalpía + NAD NADH Concepto de entropía y entalpía + FAD FADH Concepto de entropía y entalpía FAD+ FADH SESIÓN 10 / N O T A S El presente documento tiene como finalidad servir exclusivamente de orientación y guía para el estudio de la unidad respectiva. Se recomienda estudiar y leer el material de apoyo enlistado en el programa de la materia. Es importante recordar, que las evaluaciones NO se basarán únicamente en el material aquí presentado. Se declara que el uso de la información, imágenes, videos, figuras, ilustraciones y tablas es sin fines de lucro, solo como material didáctico y de apoyo para la materia. En caso de presentar alguna duda o sugerencia le pedimos se acerque al profesor, quien con gusto estará para atenderle. Ultima actualización en 2024