BIOENERGETICA

OXIDACIONES BIOLOGICAS Y
BIOENERGETICA
INTRODUCCION.- Las células aeróbicas deben producir energía químicamente
fiable y utilizable para aquellos procesos que la requieran y que son necesariospara
su actividad vital.
Los procesos de síntesis celular pueden ocurrir mediante el suministro adecuado de
energía proveniente de procesos catabólicos. Desde el punto de vista bioquímico
los procesos consumidores de energía que ocurren en la materia viva deben de
estar conectados con procesos en los cuales la energía es liberada.
En los organismos superiores el principal proceso productor de energía lo
constituyen la oxidación de las moléculas orgánicas presentes en los alimentos las
cuales oxidadas totalmente rinden CO2 y H2O con liberación de energía.
En las células de los sistemas biológicos aeróbicos la mayor parte de la energía
para los procesos catabólicos procede de una transferencia de electrones, desde
las moléculas orgánicas combustibles hasta el oxígeno molecular. En los animales,
la oxidación de los carbohidratos y las grasas constituyen la fuente principal
suministradora de energía, mientras que en algunos microorganismos tienen la
facultad de obtener energía química a partir de procesos que no requieren la
participación de O2.
REACCIONES OXIDO - REDUCCIÓN.- Las reacciones de oxidación reducción
llamadas también redox; son aquellas en las que tienen lugar una transferencia de
electrones desde un dador electrónico (el agente reductor) hasta un aceptor
electrónico (el agente oxidante). También puede considerarse reacciones de
oxidación aquellas en las cuales ocurre la pérdida de átomos de hidrógeno o la
ganancia de oxígeno existiendo siempre, paralelamente, sus correspondientes
reacciones de reducción para formar el redox. Se pueden resumir los tipos de
reacciones de oxidación con ejemplos:
1. Fe2+ ------------- Fe3+ + e- (pérdida de electrones)
2. CH3 - CH2 - OH + 1/2 O2 ------------ CH3 CHO+ H2O (pérdida de hidrógeno)
Etanol
Acetaldehído
3. CH3CHO + 1/2 O2 ------------- CH3 COOH (ganancia de oxígeno)
Acetaldehído
Ácido acético
A cada uno de los tipos de reacción de oxidación propuesto le corresponde la
reacción de reducción respectiva: ganancia e- ganancia de hidrógeno y pérdida de
oxígeno.
En la reacción de deshidrogenación (2), el hidrógeno suele transportarse al O2 para
formar agua, pero eventualmente se origina como producto terminal de ciertas
oxidaciones biológicas, el peróxido de hidrógeno (H2O2) el cual constituye un
metabólito de alta toxicidad para el organismo; su eliminación está regulada por
existencia de enzimas específicamente encargadas de esta función en la célula. Si
ocurre una transferencia de hidrógeno (Deshidrogenación hidrogenación), de
hecho ocurre una transferencia de electrones.
Por ejemplo: La hidrogenación deshidrogenación ocurre:
a) En la cadena respiratoria:
½ O2 + 2 H+ H2O
b) En la transformación de un alcohol en aldehído (formación del grupo carbonilo).
R - CH2OH R – COH [O]
c) En la transformación de aldehído a carboxilo.
R - COH R – COOH [O]
d) De carbono saturado a carbono no saturado.
HH
HH
2H
H C C H -------------- H C = C H

HH
Son ejemplos de oxidaciones la combustión de cualquier material al aire, corrosión
de los metales y la respiración celular. Los procesos de síntesis y la degradación
son procesos redox. La síntesis involucra procesos reductivos y la degradación es
un proceso oxidativo. Analizando la siguiente reacción redox, se observa que el
ácido succínico entra reducido; el FAD+ que entra oxidado, gana los hidrógenos y
sale reducido.
COOH
COOH

H C H
H C

H C H
+ FAD+
C H

Forma oxidada ----------------
COOH
-------------COOH
+ FAD H2
Forma reducida
OXIDACIONES BIOLÓGICAS.- Son todos los procesos de carácter biológico que
tienen lugar en las diferentes células y en las cuales las moléculas orgánicas se
transforman mediante reacciones de oxidación - reducción. Las moléculas
orgánicas se caracterizan por su elevada energía potencial que está determinada
por el alto grade ordenamiento y la estabilidad de sus estructuras. Este hecho
provoca que al oxidarse (degradarse) dichas moléculas liberan energía, la cual se
almacenan en las células en forma de compuestos ricos en energías, o sea en forma
de energía química.
BIOENERGETICA
•Disciplina científica que estudia en los seres vivos, todo lo relativo a las
transformaciones de la energía, su transferencia y los mecanismos reguladores
implicadas en ella.
•La bioenergética o termodinámica bioquímica es el estudio de los cambios de
energía que ocurren en las reacciones bioquímicas.
•Estudio de la transferencia de energía utilizando métodos fisicoquímicos.
•Estudio de la generación y utilización de ATP.
GENERACIÓN Y UTILIZACIÓN DE ENERGÍA QUÍMICA EN SISTEMAS
BIOLÓGICOS.
PLANTAS
ENERGIA SOLAR
FOTOSINTESIS
CO2+ H2O O2+ C6H12O6
CARBOHIDRATOS
O2
RESPIRACION (MITOCONDRIAL)
ATP
TRABAJO BIOLOGICO
CONTRACCION
MECANICA
(MUSCULO)
TRANSPORTE
DE SOLUTOS
ENSAMBLE DE
BIOMOLECULAS
(GRASA,PROT. Y CARB.)
ADP
GRASAS
PROTEINAS
¿POR QUÉ INTERESA SU ESTUDIO EN NUTRICIÓN ANIMAL?
•Conocer el metabolismo energético.
•Predecir la demanda de energía del organismo animal.
•Conocer la capacidad de los alimentos para satisfacer los requerimientos
eficientemente.
BIOENERGETICA
Es el estudio de organismos vivos que difieren de materia inerte.
Medición de los intercambios de calor.
Caloría: cantidad de calor necesaria para aumentar la T de 1g de agua de 14.5°C a 15.5°C.
1 caloría = cal
1000 c = 1 Kcal
106 c = 1000 Kcal o 1 Mcal
Joule: Energía necesaria para acelerar un 1 g, a 1 cm/s
1 caloría= 4.184 joule
Funciones del metabolismo
• Obtener energía química de las moléculas combustibles o de la luz solar
• Conservar los principios nutritivos exógenos en sillares de construcción o precursores de los
componentes macromoleculares de la célula
• Ensamblar estos componentes para formar proteínas, ácidos Nucleicos y otros compuestos
celulares.
• Formar y degradar biomoléculas necesarias para las funciones especializadas de la célula
Reacciones del metabolismo
• Anabólicas (Síntesis)
– Acumula energía
– VE es positivo – Formación de estructuras complejas
– No son espontáneas
• Catabólicas (Degradación)
– Liberan energía
– VE es negativo
– Formación de estructuras simples
– Pueden ocurrir espontáneamente con ayuda de catalizador inicial
¿Qué estudia el metabolismo energético?
• Ingestión calórica en los alimentos
• Regulaciones metabólicas
• Procesos oxidativos que permiten el uso de energía
• Síntesis metabólica de reserva de energía
• Fijación de energía en el organismo
• Pérdidas como energía calórica


Empírico o Descriptivo
-Relación entre
Energía consumida y retenida por el animal
-objetivo:
Presidir la respuesta animal
Análisis fisiológico y bioquímico del metabolismo
-ensayos de calorimetría
Clasificación metabólica de los organismos
Tipo de organismo
Fuente de
carbono
Fuente de
energía
Dadores
electrónicos
Ejemplos
Fotolitotrofos
CO2
Luz
Compuestos
orgánicos
Células verdes de
plantas superiores, algas
cianofíceas, bacterias
fotosintéticas
Fotoorganotrofos
Compuestos
orgánicos
Luz
Compuestos
inorgánicos
Bacterias purpuras no
sulfatadas
Quimiolitotrofos
CO2
Reacciones
oxidorreduccion
Compuestos
inorgánicos H2,
S, H2S, NH3
H, S, Fe y bacterias des
nitrificantes
Quimiorganotrofos
Compuestos
orgánicos
Reacciones
oxidorreduccion
Compuestos
orgánicos
Todos los animales
superiores,
microorganismos,
células y vegetales no
fotosintéticas
Leyes de termodinámica


la energía no se crea ni se destruye, se transforma en otra
todas las formas de energía pueden ser convertidas cuantitativamente en calor

el calor generado en una transformación neta es independiente de la via seguida para la
conversión
Primera ley de termodinámica
Los seres vivos son sistemas abiertos que intercambian materia y energía con el ambiente. Los
organismos oxidan carbohidratos y convierten la energía almacenada en los enlaces químicos en
otras formas de energía;
Oxidación de la glucosa:
C6H12O6+6CO2+6H2O+ATP+Calor
Primera ley de termodinámica

la energía no puede ser destruida ni creada
Materia<--------->energía
E=q+w
E=q-w
E: incremento energético en un punto de sistema
q: energía adsorbida o utilizada
w: trabajo utilizado (+) o excedida(-)
Entalpia
-
-
H representa la medida del cambio de energia que ocurre en un proceso a presión
constante.
H= E + PV
En cambio de entalpia depende únicamente del estado inicial y final de la reacción.
A volumen constante:
H=E
Si el sistema es una reacción química la entalpia es el calor de reacción a presión
constante
-H>0 Reacción endotérmica
-H<0 Reacción exotérmica