bioenergetica e introducion al metabolismo
Anuncio
UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA ESCUELA DE AGRONOMÍA UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA FACULTADESCUELA DE AGRONOMÍA DE AGRONOMÍA DEPARTAMENTO DE QUIMÍCA Y TECNOLOGÍA FACULTAD DE AGRONOMÍA CATEDRA DE BIOQUÍMICA DEPARTAMENTO DE QUIMÍCA Y TECNOLOGÍA CATEDRA DE QUIMÍCA IV BIOENERGETICA Introducción Los seres vivos son sistemas abiertos (intercambio de energía y materia con el entorno) ENTORNO SISTEMA TERMODINAMICA BIOENERGETICA Es el estudio de los cambios de energía que ocurren en las células y de los procesos químicos (reacciones bioquímicas) sobre los que se basan estos cambios ENTALPIA (H) ENTROPIA (S) ENERGIA LIBRE (G) Magnitudes termodinámicas que describen los cambios de energía en una reacción química REACCIONES BIOLÓGICAS Relación entre ΔG, ΔH y ΔS VARIACIÓN DE ENERGÍA LIBRE O ENERGÍA DE GIBBS (ΔG) Predice si una reacción es factible o no Energía liberada capaz de producir un trabajo útil a presión constante. Proporciona información sobre la dirección de la reacción química Se determina en función de: La constante de equilibrio de la Reacción, Ke Los Potenciales de Reducción (reacciones REDOX) Reactivos Productos GR GP Variación de energía libre (Δ G) ΔG<0 Es Factible, el proceso es EXERGÓNICO ΔG=0 Proceso en equilibrio, es I SOERGÓNICO ΔG>0 NO Es Factible, el proceso es ENDERGÓNICO ΔG = GP - GR RELACIÓN ENTRE ΔG Y aA + bB cC + dD CONSTANTE DE EQUILIBRIO Keq = [C] c * [D] d [A]a * [B]b ΔG = - RT ln Keq ΔG = cal/mol R = 1,987 cal /º K mol En condiciones estándar: En condiciones fisiológicas: T = ºK 25º C, 1 atm presión, [R] y [P] = 1 M 25º C, 1 atm presión, solución acuosa con [H2O] constante pH = 7 Δ G´ = Δ Go´ + RT ln Keq´ ΔGo Δ Go ´ Relación entre ΔG’º y K’eq en el equilibrio ΔG ´= 0 Δ Go´ = - RT ln Keq´ Keq´ > 1 Keq´ = 1 Keq´ < 1 Δ Go´ < 0 Δ Go´ = 0 Δ Go´ > 0 EXERGÓNICA Reactivos Productos Reactivos Productos Reactivos Productos ISOERGÓNICA ENDERGÓNICA REACCIONES REDOX Oxidación: Dona eReducción: Acepta eReacciones de OXIDO-REDUCCION Ocurren simultáneamente Se trabajan como medias reacciones Se escriben como Reducciones A+ + eA Potencial de Reducción (E) Cede eAcepta e- E <0 E>0 RELACIÓN ENTRE ΔG Y POTENCIALES DE REDUCCION En condiciones estándar: En condiciones fisiológicas: 25º C, 1 atm presión, [H = 1 M Eº (H) = 0,00 V Eo 25º C, 1 atm presión, pH = 7 Eº (H) = - 0,42 V Eo´ Ecuación de Nerst ΔEº ´= RT ln Keq´ Δ Go´ = - nF Δ Eo´ nF Energía Libre estándar Δ Go ´ = - RT ln Keq´ n = nº de e- transferidos F = 23060 cal /V . mol ACOPLAMIENTO ENERGÉTICO DE LAS REACCIONES BIOQUÍMICAS Las reacciones exergónicas espontáneas se acoplan a reacciones endergónicas para que éstas tengan lugar A B ΔGo´1 C ΔGo´2 D ΔGo´3 Las ΔGo´ de reacciones secuenciales son aditivas A D EJEMPLO ΔGo´total = ΔGo´1 + ΔGo´2 + ΔGo´3 Fosforilación de la glucosa: Glucosa + Pi ATP + H2O Glucosa + ATP Glucosa 6P + H2O ΔGo´ = +3,2 Kcal/mol (+13,8 KJ/mol) ADP + Pi Δ Go´= -7,3 Kcal/mol (- 30,5 KJ/mol) Glucosa 6P + ADP Δ Go´= - 4,3 Kcal/mol ( - 16,7 KJ/mol) COMPUESTOS RICOS EN ENERGÍA Liberan la energía mediante hidrólisis y transferencia de grupo (rotura del enlace rico en energía ~) Son aquellos que ceden una energía < -30 K kJ/mol (- 7 Kcal/mol) (potencial de transferencia de grupo) Potencial de transferencia de grupo: Capacidad de un compuesto para ceder “el grupo” a otra sustancia. Se mide por la energía libre desprendida en la hidrólisis del enlace de alta energía. ATP + H2O ADP +Pi ATP + H2O AMP +PPi ΔGo´ = -7,3 Kcal/mol (– 30,6 Kj/mol) ΔGo´ = -8,2 Kcal/mol (- 32,2 Kj/mol) ESTRUCTURA DEL ATP enlaces ricos en energía Adenina (base nitrogenada) Fosfato Ribosa (azúcar) Adenosina-trifosfato (ATP) (nucleótido) Adenosina (nucleósido) Factores que determinan el potencial de Transferencia del ATP Alta densidad de cargas de igual signo ( negativa ) 1. REPULSIÓN : disminuye al separarse un grupo fosfato 2. Estabilizado por RESONANCIA 3. IMPEDIMENTO ESTÉRICO (por la cantidad de oxígenos en cada átomo de fósforo) El carácter dual del nucleótido FOSFATO DE ADENINA como donador (ATP) y aceptor (ADP) definen su papel central como ·transferidor” de fosfatos en el metabolismo ATP = moneda energética universal VALORES DE G°´ DE HIDRÓLISIS COMPUESTO G’º PRODUCTOS (kJ/mol) (kcal/mol) fosfoenolpiruvato piruvato + Pi -49,3 -11,8 1,3-bisfosfoglicerato 3-fosfoglicerato + Pi -49,3 -11,8 ATP AMP + PPi -45,6 -10,9 Fosfocreatina Creatina + Pi -43,0 -10,3 ADP Acetil-CoA AMP + Pi Acetato + CoA -32,8 -31,4 -7,8 -7,5 ATP ADP + Pi -30,5 -7,3 glucosa-1-P glucosa + Pi -20,9 -5,0 PPi 2Pi -19,2 -4,0 fructosa-6-P fructosa + Pi -15,9 -3,8 AMP adenosina + Pi -14,2 -3,4 glucosa-6-P glucosa + Pi -13,8 -3,3 glicerol-P glicerol + Pi -9,2 -2,2 ACOPLAMIENTO ENERGÉTICO DE LAS REACCIONES BIOQUÍMICAS REGENERACIÓN DEL ATP POR ACOPLAMIENTO DE A LA HIDROLISIS DE UN COMPUESTO DE MAYOR ENERGÍA (Reacción de Fosforilación a nivel de sustrato) PAPEL DEL ATP EN EL ACOPLAMIENTO ENERGÉTICO DE LAS REACCIONES BIOQUÍMICAS UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA ESCUELA DE AGRONOMÍA DE AGRONOMÍA FACULTADESCUELA DE AGRONOMÍA FACULTAD AGRONOMÍA DEPARTAMENTO DE QUIMÍCA DE Y TECNOLOGÍA CATEDRA DE BIOQUIMÍCA DEPARTAMENTO DE QUIMÍCA Y TECNOLOGÍA CATEDRA DE QUIMÍCA IV CÉLULA (UNIDAD FUNDAMENTAL DEL METABOLISMO) Materia Energía 1. Nucléolo 2. Núcleo celular 3. Ribosoma 4. Vesículas de secreción 5. Retículo endoplasmático rugoso 6. Aparato de Golgi 7.Citoesqueleto 8. Retículo endoplasmático liso 9. Mitocondria 10.Vacuola 11. Citosol 12. Lisosoma 13. Centríolo REACCIONES QUÍMICAS DE LA CÉLULA VIVA METABÓLISMO METABÓLISMO Suma de transformaciones químicas, catalizadas por enzimas, que se producen en una célula u organismo (vías o rutas metabólicas). FUNCIONES DEL METABOLISMO Obtener energía química a partir de energía solar o nutrientes Transformar moléculas nutrientes en en biomoléculas componentes de la célula incluidos precursores de macromoléculas Polimerizar precursores monoméricos en macromoléculas Sintetizar (ANABOLISMO) y degradar (CATABOLISMO) biomoléculas necesarias en funciones celulares especializadas DIVISIONES O FASES DEL METABOLISMO CATABOLISMO calor ADP+Pi NAD+ FAD+ NADP+ ATP NADH FADH2 NADPH Energía Química Productos poco energéticos CO2, H2O, NH3 ANABOLISMO Macromoléculas celulares (Polisacáridos, Lípidos, Proteínas, Ácidos Nucleicos). Macromoléculas (Nutrientes productores de energía: Glúcidos, Grasa y Proteínas) moléculas precursoras (sillares estructurales y otras moléculas sencillas) PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DEL CATABOLISMO Y EL ANABOLISMO CATABOLISMO Moléculas mas complejas • Degradativo, oxidativo • Sintético, reductivo • Utiliza energía (ATP y potenciales de reducción: NADH, FADH2, NADPH ) • Generación de energía (ATP y potenciales de reducción: NADH, FADH2, NADPH ) • Los productos finales e intermediarios son materias primas para el anabolismo. • Generan desechos que se excretan al entorno ANABOLISMO • Los productos finales son materias primas para el catabolismo. Moléculas pequeñas sencillas • Utiliza nutrientes del entorno METABÓLISMO RUTAS METABÓLICAS A E1 B E2 Precursor C E3 D E4 Metabolitos E E5 F ATP En: Enzimas ATP A E1 B E2 C E3 G D E4 E6 Producto Final E H E5 F Producto Final 1 Producto Final 2 Precursores A + E1 C E 2 B ATP D E3 E E4 Metabolitos Acetil CoA F E5 G Producto Final ETAPAS DEL METABOLISMO Sentido catabólico Polímeros CARBOHIDRATOS GRASAS ETAPA I Hidrolítica Monómeros H2O H2O H2O Ac. Grasos y Glicerol PROTEÍNAS Monosacáridos ETAPA III Polimerización Aminoácidos ADP +Pi ATP + H2O ETAPA II Anaeróbica Acetil-CoA Intermediarios comunes e ETAPA III Aeróbica Ciclo de Krebs ETAPA I Aeróbica H+ ADP + Pi Moléculas pequeñas sencillas ETAPA II Anaeróbica Piruvato ATP + H2O H2O O2 CO2 NH3 Sentido anabólico RUTAS GENERADORAS DE ACETIL CoA PROTEÍNAS H2O Aminoácidos ALMIDÓN O GLUCOGENO H2O TRIACILGLICERIDO H2O Ác. grasos+Glicerol Glucosa Glucólisis Desaminación Transaminación Piruvato Descarboxilación oxidativa ACETIL-COA CICLO DE KREBS β-oxidación