Semana 5_Bioenergetica.pdf

 Bioenergética MsC Leidy Viviana Novoa Lizarazo  BIOENERGÉTICA Describe la transferencia y la utilización de energía en los sistemas biológicos (reacciones bioquímicas) y predice si un proceso es posible Flujo de la energía en el ser vivo....

 Bioenergética MsC Leidy Viviana Novoa Lizarazo  BIOENERGÉTICA Describe la transferencia y la utilización de energía en los sistemas biológicos (reacciones bioquímicas) y predice si un proceso es posible Flujo de la energía en el ser vivo. Forma parte de una gran disciplina llamada TERMODINAMICA.  VIDA Y ENERGÍA Energía: Capacidad para realizar un trabajo Vida: Fuerza o actividad interna sustancial, mediante la que obra el ser que la posee. Ser vivo: Conjunto de átomos y moléculas que forman una estructura material muy organizada y compleja en constante relación con el entorno. Desempeña las funciones básicas de la vida: nutrición, relación y reproducción Los seres vivos necesitan de energía, para desempeñar funciones básicas  TRABAJO BIOLÓGICO TRABAJO CELULAR ENERGÍA QUÍMICA Creación de enlaces Creación y mantenimiento MECÁNICO Químicos de gradientes de Concentración Ej: Contracción Ej: Biosíntesis Muscular Transporte Fenómenos eléctricos celulares Ej: potencial de acción La energía se dispersa y no puede volver a producir trabajo biológico Tomado de : Lehninger Principios de Bioquímica  ALIMENTOS Azucares CH Cuando consumimos alimentos ellos sufres procesos de hidroliticos (digestión) Lípidos La Energía de los nutrientes se obtiene por procesos de combustión (oxidación en presencia de O2) RUTAS METABOLICAS Proteinas ESQUEMA DE COMBUSTIÓN DE UNA MOLÉCULA  Anabolismo Catabolismo Proceso mediante el Proceso mediante el cual se sintetizan las cual se degradan moléculas complejas, moléculas complejas á partir de hasta obtener precursores simples. productos mas pequeños y sencillos Requiere energía. (Reacciones Genera energía. (ATP) endergónicas) (Reacciones exergónicas) Tomado de : Lehninger Principios de Bioquímica  Conjunto de reacciones químicas que ocurren en nuestro cuerpo con el fin de mantener la homeostasis interna a través de procesos Catabólicos Anabólicos  TERMODINAMICA La Termodinámica estudia la relación entre los cambios físicos y químicos de los sistemas y la energía que acompaña a dicho cambios, por lo que permite establecer las leyes de gobiernan cualquier reacción química. Leyes 1. Principio de la conservación de la energía 2. Transformación de la energía 3. En el universo todo tiende al equilibrio De acuerdo con la termodinámica se define: Sistema: Conjunto de materia objeto de estudio Entorno: Toda la materia existente mas allá de las fronteras del sistema Universo: Es el conjunto del sistema más sus alrededores. Sistema: Conjunto de elementos dinámicamente relacionados formando una actividad para alcanzar un objetivo. Ej: La célula. Abierto Cerrado Aislado Intercambian materia y Sistemas que operan No puede intercambiar energía con el con un mínimo masa o energía con su ambiente intercambio de energía entorno. Cuando el sistema interacciona con el exterior y sus propiedades cambian, se considera que el estado de dicho sistema ha sido modificado, y si estas propiedades no cambian por un tiempo infinitamente largo, el sistema está en equilibrio.  Funciones de estado Son las propiedades cuya variación no depende del camino recorrido por el sistema. Entalpia (H) → Calor emitido o absorbido Entropría (S) → Desorden Energía Interna (E) → Energía contenida en el sistema Energía Libre (G) → Energía útil para realizar trabajo Presión (P) Volumen (V) Temperatura (T°)  Primera Ley: Conservación de la energía La energía no se crea ni se destruye solo se transforma ΔE = Q + W E= Energía del sistema W Q = Calor W = trabajo Calor cuando el calor de una reacción se mide a presión constante, lo que se determina es ∆H E Con este primer principio de la Termodinámica, sólo se puede predecir la cantidad de calor absorbido o cedido al exterior durante La energía del universo se mantiene el proceso biológico. Sin embargo, no se puede saber si ese proceso constante. es favorable o no, en un determinado sentido Entalpia (H) Es la cantidad de calor que se desprende o se absorbe durante una reacción química. La variación de energía de una reacción se presenta por: ∆H ∆H negativo: exotérmica. Desprende energía ∆H positivo: endotérmica. Absorbe energía Segunda ley Dirección de las transformaciones energéticas (espontaneidad) La segunda ley de la termodinámica dice “todos los procesos que ocurren en los fenómenos de la vida ocurren con el aumento de la entropía”. La entropía tiene como sinónimo “desorden” y esta dado por la ecuación: ∆Suniverso = ∆Ssistema + ∆Sentorno > 0 ∆Suniverso = + Positivo : proceso es espontaneo ∆Suniverso= - Negativo : no se produce el proceso si no el inverso ∆Suniverso = 0 Cero : No se produce ningún proceso En todos los procesos naturales, la entropía del universo siempre aumentara  Procesos espontáneos Orden a expensas de energía Aumento de entropía Cuando los organismos vivos se desarrollan, su entropía disminuye debido a su naturaleza altamente ordenada, pero esta disminución de la entropía ocurre a expensa de un aumento en el desorden o entropía en el entorno mantenemos una entropía negativa para mantener la vida, lo hacemos inyectando continuamente energía al sistema. (Alimentación)  Entropía baja (-) Entropía alta (+) Un soneto de Shaspeare. Un reggeton. Tú, que eres el fragante, adorno de este mundo Ese movimiento hace que contigo peque la única bandera, que anuncia primaveras, teque-que-teque, mami, menea el tembleque. en tu propio capullo, sepultas tu alegría Pero si tú te das guille, mai Nos vemos, bye, y haces, dulce tacaño, derroche en la avaricia. check it (adaptación a español de Ramón García (John Eric brincando) Gonzales)  Los sistemas vivos son abiertos, por tanto producirán cambios tanto de energía como de entropía. Para estos sistemas necesitamos una función de estado que incluya ambos concepto para determinar la dirección de los procesos termodinámicamente favorables. Energía libre de Gibbs Se refiere a la variación de energía libre (∆G), a la energía útil para realizar trabajo biológico, esta dado por la ecuación: ΔG sistema = ΔH- T. ΔS entorno ∆G = 0 ---- Proceso reversible en equilibrio, no hay energía disponible para realizar trabajo ∆G < 0 ---- Negativo, Proceso irreversible, espontaneo, liberación de energía libre (exergónica) ∆G > 0 ---- Positiva, No es espontanea, gana energía, (endergónica) Conclusión: un proceso irreversible mientras este alejado del equilibrio liberará energía útil, sin embargo, alcanzando el equilibrio ya no existe ningún cambio de energía útil. Por esta razón la vida es un proceso alejado del equilibrio.  REACCIONES Todas las reacciones químicas tienen a ir en la dirección que da lugar a una disminución de la energía libre del sistema. Ejemplo: un valor negativo de G significa que los productos de la reacción contiene menos energía libre que los reactivos y la reacción ocurrirá de forma espontanea en condiciones estándar. Reacciones acopladas Las reacciones exergónicas y endergónicas se acoplan en los procesos metabólicos  Compuestos de Alta Energía Energía ATP Hidrolisis: ATP ∆G=−7.3 kcal/mol, (−30.5 kJ/mol) (Adenosín trifosfato ) Impedimento estérico Repulsión Estabilización por electrostatica resonancia  ATP Fuentes principales en la conservación o captura de energía: Fosforilación oxidativa. Glicólisis Ciclo del ácido cítrico (Krebs).  CALORÍAS Cantidad de calor necesaria para elevar un grado, la temperatura de un litro de agua a la presión atmosférica normal. Calor de combustión de un alimento CALORÍMETRO ADIABÁTICO  BALANCE CALÓRICO Se refiere a que se debe consumir el número de calorías necesarias para mantener la actividad física y vital, es decir, no se debe consumir más calorías de las que se necesitan. Cuando se tiene desequilibrio calórico se entra en un proceso de enfermedad (obesidad, desnutrición calórica) Equilibrio calórico  “La antorcha de la vida se enciende a sí misma en el momento en que un recién nacido respira por primera vez y no se extingue sino con la muerte.” (tomado de: principios de bioquímica de Lehninger) La Madonna de Port Lligat Salvador Dalí GRACIAS