Tema 7 Bioenergética PDF

Tema 7: Bioenergética Es la ciencia biofísica que se encarga del estudio de los procesos de absorción, transformación y entrega de energía de los sistemas biológicos incluyendo el ser humano tanto interior como exteriormente. Con este término se designan los intercambios de energía...

Tema 7: Bioenergética Es la ciencia biofísica que se encarga del estudio de los procesos de absorción, transformación y entrega de energía de los sistemas biológicos incluyendo el ser humano tanto interior como exteriormente. Con este término se designan los intercambios de energía que se desarrollan en el metabolismo, los cuales obedecen las mismas leyes físicas que cualquier otro proceso natural, y dentro de estas leyes, los principios de la termodinámica son la base para comprender estas transducciones o cambio de energía. Características:  Solo se interesa por los estados energéticos inicial y final de los componentes de una reacción química, los tiempos necesarios para que el cambio químico se lleve a cabo en general se desprecian.  Es el estudio cuantitativo de la transferencia y utilización de la energía en los sistemas biológicos.  Se relaciona con la Termodinámica, en particular con el tema de la Energía Libre, en especial la Energía Libre de Gibbs. Sistemas Termodinámicos:  Sistema Abierto: es aquél que intercambia energía y materia con los alrededores.  Sistema Cerrado: es aquél que intercambia energía (calor y trabajo) pero no materia con los alrededores (su masa permanece constante).  Sistema Aislado: es aquél que no intercambia ni materia ni energía con los alrededores. 1ra Ley de la Termodinámica: “La energía total de un sistema, incluido su entorno, permanece constante”. También conocido como principio de conservación o principio de la transformación de la energía, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Establece que la energía no se crea, ni se destruye, sino que se conserva. Esta ley expresa que, cuando un sistema es sometido a un ciclo termodinámico, el calor cedido por el sistema será igual al trabajo recibido por el mismo, y viceversa. Entalpía: La entalpía supone la cantidad de energía que se pone en movimiento o en acción cuando se genera presión constante sobre un determinado elemento u objeto material. Así, el sistema termodinámico conocido como entalpía es el que se puede utilizar para conocer la energía que contiene un elemento, por ejemplo un alimento. Es considerado también la cantidad de energía que se puede utilizar para ejercer trabajo en el organismo. 2da Ley de la Termodinámica: “La entropía total de un sistema completo debe aumentar cuando un proceso ocurre espontáneamente”. Esta ley marca la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, la segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el primer principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía, de tal manera que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero. Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico. La 2da ley consiste en que la parte de la energía que no puede ser utilizada para algo dentro de un sistema va a aumentar cuando las cosas ocurran espontáneamente. Entropía: Es una magnitud física que, mediante cálculo, permite determinar la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo. Entropía es el grado de desorden que tiene un sistema. Cuando la entropía sea máxima en el universo, esto es, exista un equilibrio entre todas las temperaturas y presiones, llegará la muerte térmica del universo. Toda la energía se encontrará en forma de calor y no podrán darse transformaciones energéticas. Un proceso es espontaneo cuando su entropía es mayor o igual a 0 (cero). Mientras más desorden (entropía) existe más equilibrio y si existe más equilibrio existe más espontaneidad. Reacción Endergónica: Es también llamada reacción desfavorable o no espontánea, es una reacción química en donde el incremento de energía libre es positivo. Dícese de aquellos procesos químicos que requieren aporte de energía para poderse realizar. Las reacciones endergónicas se manifiestan durante los procesos anabólicos; de manera que, requieren que se le añada energía a los reactivos (sustratos o combustibles metabólicos), y se le suma energía (contiene más energía libre que los reactivos). Las reacciones endergónicas se llevan a cabo con la energía liberada por las reacciones exergónicas. Reacción Exergónica: Es una reacción química donde la variación de la energía libre de Gibbs es negativa. Las reacciones exergónicas liberan más energía de la que absorben; en ella, la formación de nuevos enlaces de los productos (en la reacción química) liberan una cantidad de energía mayor que la absorbida para romper los enlaces de los reactivos, de modo que el exceso queda libre conforme se lleva a cabo la reacción. Durante las reacciones exergónicas se libera energía como resultado de los procesos químicos (Ej: el catabolismo de macromoléculas). La energía libre se encuentra en un estado organizado, disponible para trabajo biológico útil. Sí la energía libre de Gibbs es positiva el trabajo no es espontaneo (reacción endergónica, anabolismo) y si es negativa sí es espontanea (reacción exergónica, catabolismo). Energía Libre Estándar: Energía Libre de Gibbs: Se entiende por energía Libre aquella energía que se obtiene a través de fenómenos físicos que no requiere ningún tipo de combustible. La energía libre de Gibbs para cualquier proceso nos indica la energía que está disponible para realizar un trabajo útil que puede realizar el sistema sobre los alrededores. Se representa con la letra mayúscula G. ATP: El trifosfato de adenosina es un nucleótido fundamental en la obtención de energía celular. Está formado por una base nitrogenada (adenina) unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en su carbono 5 tiene enlazados tres grupos fosfato. El trifosfato de adenosina, mejor conocido como ATP, actúa como el transportador más importante de energía química en todas las células. A medida que el ATP transfiere su energía a otras moléculas, pierde su grupo fosfato terminal y se transforma en difosfato de adenosina (ADP), que es la forma descargada o pobre de energía, es decir, la contrapartida del ATP. Por su parte, el ADP puede, a su vez, aceptar energía química y recuperar un grupo fosfato para transformase de nuevo en ATP, ya sea a expensas de la energía solar o química. El ATP actúa como un intermediario común entre dos grandes redes de reacciones catalizadas enzimáticamente en la célula.  Composición Química del ATP: La estructura de la molécula consiste en una base purina (adenina) enlazada al átomo de carbono 1' de un azúcar pentosa. Los tres grupos fosfato se enlazan al átomo de carbono 5' de la pentosa. Los grupos fosforilo, comenzando con el grupo más cercano a la ribosa, se conocen como fosfatos alfa (α), beta (β) y gamma (γ). Propiedades del ATP:  La mayor parte del ATP es sintetizado en la mitocondrias.  Aporta energía (química).  Facilita la energía necesaria para la contracción muscular.  El ATP es altamente soluble en agua.  Transporte Activo.  Es muy estable en soluciones de pH entre 6.8 y 7.4, pero se hidroliza rápidamente a pH extremo.  Su acidez es de 6.5.  Es una molécula inestable y tiende a ser hidrolizada en el agua.  A pH fisiológico la molécula de ATP se encuentra cargada, ya que a pH=7.4 cada uno de los tres grupos fosfatos está casi completamente ionizado. Esta característica hace que sea un compuesto de alta energía. Hidrolisis de la Molécula de ATP: La forma en que el ATP guarda energía es en los enlaces de los elementos que lo componen, o sea, ATP = adenosina trifosfato (la energía esta "guardada" en los 3 enlaces fosfato). La hidrólisis es la rotura de la molécula de ATP, cuando esto ocurre cada uno de los fosfatos se liberan de a uno per vez, liberando energía. Entonces al liberarse un fosfato la molécula pasa de ser ATP a ser ADP (adenosina di fosfato), y si se libera otro fosfato liberando aún más energía, la molécula se llama ahora AMP (adenosina monofosfato). La hidrólisis ocurre cuando algún proceso metabólico requiere energía para llevarse a cabo.