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INTRODUCCIÓN
Importancia de los procesos
catabólicos y anabólicos
BIOENERGÉTICA
• La energía química de compuestos sencillos
para la biosíntesis de moléculas complejas y
energía (calor o luminosa).
• Las células vivas son sistemas abiertos que
intercambian tanto materiales como energía con
su entorno (nunca están en equilibrio).
• En cualquier cambio físico o químico la cantidad
de energía en el universo permanece constante.
• En todos los procesos naturales, aumenta la
entropía del universo.
TERMODINÁMICA
• Energía libre de Gibbs (G): energía capaz de
realizar trabajo durante una reacción a
temperatura y presión constantes.
• ΔG<0 (reacción exergónica, pierde energía)
• ΔG>0 (reacción endergónica, gana energía)
a
b
[
A] [B ]
K eq =
[C ]c [D ]d
ΔG = − RT ln K eq
R= Constante de los gases =8.315 J/mol K
T= Temperatura (ºC+273.15)
Keq= constante de equilibrio
TERMODINÁMICA
a
b
[
A] [B ]
K ´eq =
[C ]c [D]d
ΔG º = − RT ln K eq
R= Constante de los gases =8.315 J/mol K
T= Temperatura 25ºC ó 298.15 k
Keq= constante de equilibrio
P= 1 atm ó 101.3 kPa
Keq
ΔGº (kJ/mol)
0.001
17.1
0.01
11.4
0.1
Cuando K’eq es ΔGº es
Empezando con
componentes 1M la reacción
>1.0
Negativa Transcurre hacia delante
1.0
Cero
Se encuentra en equilibrio
<1.0
Positiva
Transcurre en el sentido
inverso
1
10
100
1000
TERMODINÁMICA
• Entalpí
Entalpía (H) es el contenido calórico del sistema
reaccionante. Refleja el número y clase de enlaces
químicos entre reactivos y productos.
ΔH<0 (reacción exotérmica, libera calor)
ΔH>0 (reacción endotérmico, gana calor)
• Entropí
Entropía (S) es la expresión cuantitativa del desorden
de un sistema.
• ΔG y ΔH = joules/ mol ó cal/mol
• ΔS= joules/mol K
ΔG = ΔH − TΔS
Variaciones de energía libre
• Los valores de ΔGº son aditivos y se
obtiene una ΔGºTOTAL= ΔGº1 + ΔGº2
Glucosa-6-fosfato + H2O ΔGº=13.8 kJ/mol
ADP + Pi
ΔGº=-30.5 kJ/
kJ/mol
Glucosa +Pi
ATP + H2O
Obtener el resultado
NH2
NH2
O
-
O
P
-
O
OH + HO
O
P
O
-
O
O
P
N
-
O CH2
O
H
H
O
O
P
O
O
N
N
N
O
-
O
P
-
O
O
O
P
-
O
O
O
P
N
-
O CH2
O
H
FOSFATO
O
H
H
H
OH
OH
OH
RIBOSA
NUCLEOTIDO
N
N
ADENINA
O
H
H
OH
N
PROBLEMA
• Si la concentración de ATP, ADP y Pi son 2.25, 0.25 y
1.65 m, respectivamente. Calcule la energía libre de
hidrólisis real del ATP en un eritrocito, a pH 7.0 y 25ºC
ΔG = ΔG º+ RT ln
[ADP][Pi ]
[ATP ]
Concentración (mM)
Hepatocito
ATP
ADP
AMP
Pi
3.38
1.32
0.29
4.8
Miocito
8.05
0.93
0.04
8.05
Eritrocito
2.25
0.25
0.02
1.65
Neurona de rata
2.59
0.73
0.06
2.72
Célula de E. coli
7.90
1.04
0.82
7.9
FUNDAMENTOS
• Catabolismo:
Conjunto
de
reacciones
Catabolismo
degradativas productoras de energía libre.
• Anabolismo:
Anabolismo Reacciones que forman una ruta
sintética, las cuales requieren un aporte de
energía.
• Ambas reacciones catalizadas por enzimas
constituyen el metabolismo celular.
• El ATP (trisfosfato de adenosina actúa como
transportador químico principal.
Otro
Trabajo celular
Nutrientes almacenados
Biomoléculas
Complejas
Alimentos ingeridos
Trabajo Mecánico
Trabajo osmótico
Rutasde
reacciones
Anabólicas
(Endergónicas)
Fotones solares
ADP
+
HPO4-2
Rutasde
reacciones
catabolicas
(exergónicas)
ATP
CATABOLISMO
ETAPA I
ANABOLISMO
Lípidos
polisacáridos
Glicerol
Ácidos grasos
monosacáridos
proteínas
ETAPA III
aminoácidos
Fructosa-6-fosfato
ETAPA II
ETAPA II
Fosfoenolpiruvato
piruvato
Acetil CoA
oxaloacetato
citrato
malato
ETAPA III
Ciclo de
Krebs
fumarato
isocitrato
ETAPA I
α-cetoglutarato
succinato
CO2
Observaciones
1.
2.
3.
4.
La etapa II del catabolismo coincide con la etapa I del
anabolismo, por ello tiene una función doble (anfibólica).
Las otras formas de transferir energía es a través de Coenzimas
(NADH, NADPH o FAMNH2 transformando su capacidad
reductora en moléculas de ATP.
El ritmo del metabolismo se controla por necesidades energéticas
de la célula.
La regulación se da por:
a.
b.
Enzimas reguladoras alostéricas
Concentración de una enzima: síntesis y degradación
i.
ii.
c.
Enzimas de concentración constante: constitutivas
Sintetizadas como respuesta a la presencia de sustratos: inducibles
Hormonas secretadas por glándulas (Mensajeros químicos)