BioenergéticaAntonio E. Serrano PhD. MT.Cátedra de Bioquímica - [email protected]
Bioenergética• Energía• En Biología se aplica a la
capacidad de realizar trabajo biológico
• Los principales tipos de trabajo son:• Químico: síntesis de biomoléculas• Transporte de minerales y
biomoléculas• Mecánico: Contracción de
músculos y filamentos contráctiles
• Eléctrico: Conducción nerviosa
• Todo trabajo necesita energía para poder realizarse
Flujo de la Energía Biológica• Radiación Solar: Flujo de energía desde el
sol a los pigmentos fotosintéticos
• Fotosíntesis: Flujo de energía desde la radiación solar a los enlaces químicos
• Respiración: Flujo desde las estructuras químicas orgánicas a formas de energía utilizables en trabajo biológico
• Trabajo Biológico: Uso y disipación de la energía en los diferentes tipos de trabajo
Usan CO2 y generan O2
Reacciones de oxidación producen CO2, consumen O2 convirtiéndolo en H2O
El carbono, oxígeno y agua ciclan en la naturaleza.
Flujo de Energía
Termodinámica en Biología• En un proceso a presión constante, la mayor parte de la
energía que el sistema gana o pierde adopta la forma de Calor. • En las reacciones químicas este calor corresponde a la Entalpía
y puede ser absorbido o liberado hacia el entorno.• Cambio de Entalpía (H) de una reacción
• H (+) indica que el sistema ganó calor de su entorno: Proceso Endotérmico
• H (-) indica que el sistema liberó calor al entorno: Proceso Exotérmico
Entropía (S)• Concepto relacionado con el orden/desorden de un sistema.
• ΔS (+) indica un aumento del desorden del sistema (ejemplo: un aumento en el movimiento de las partículas o un aumento en el número de partículas)
Energía Libre• La función propuesta por Gibbs conocida como Energía Libre
(G) considera las funciones entalpía y entropía de una reacción química que ocurre a presión y temperatura constantes.
• Se expresa como :
• G es una medida del trabajo útil que puede realizar un sistema en un proceso espontáneo.
Energía Libre• La Energía libre se relaciona con la espontaneidad de una reacción:
• Si ΔG es (-) la reacción es espontánea en el sentido directo y se denomina reacción exergónica.
• Si ΔG es (+) la reacción no es espontánea en sentido directo, es una reacción endergónica.
• Se debe aportar energía desde el entorno para que ocurra.
• Si ΔG = 0 la reacción está en estado de equilibrio. No hay posibilidad de realizar trabajo.
• Las reacciones con ΔG (+) pueden ser impulsadas por reacciones espontáneas que se acoplan a ellas (reacciones con ΔG (-) ).
En Sistemas Biológicos, a presión y temperatura constante, los cambios en la energía libre, entalpía y entropía se relacionan en la ecuación:
T = temperatura absoluta, se mide en ºK
Valor (-), la reacción es espontánea
Bioenergética
K eq está definida por la concentración de reactivos y productos en el equilibrio.
A + B C + D
K eq = [C] [D] [A] [B]
A, B, C y D = concentraciones molares.
NOTA: K eq: valor alto, el grado de conversión de reactivos a productos es muy alto.
Constante de Equilibrio (Keq)
Cambios en la Energía Libre de una Reacción en condiciones estándar.
Temp = 25º C (298ºK)Reactivos y Productos 1 MPresión 1 atm
Cambios de la Energía Libre
Está en función de la temperatura y concentración que prevalecen en la reacción (no necesariamente las condiciones estándar).
Cambios en la Energía Libre.
Ciclo ATP-ADPMovimiento
Transporte ActivoBiosíntesis
Reacciones Endergónicas
Reacciones ExergónicasFotosíntesis
Oxidación de moléculas combustibles, ejemplo: glicólisis
Adenosín trifosfato• Alto contenido energético debido a repulsión electroestática• Estabilizada por resonancia• Compuesto clave en la energética celular ya que es capaz de
transferir energía entre procesos exergónicos y endergónicos.
Adenosín trifosfato• Almacena energía agrupando cargas negativas en enlaces
altamente energéticos y soltando esta energía cuando se rompen dichos enlaces
• Pertenece a la familia de compuestos denominados nucleótidos y a pH 7 se encuentra altamente ionizado.
• produce un ΔGº = - 7,3 Kcal/mol• ΔGº = ΔG condiciones estandar (25ºC; 1M)
Heterótrofos y Autótrofos• De acuerdo a la forma química en que obtienen carbono de su
entorno.
• Autótrofos: bacterias fotosintéticas y plantas superiores toman el CO2 de la atmósfera para fabricar las moléculas que contienen carbono.
• Heterótrofos: no pueden usar CO2 y obtienen el carbono de su entorno como moléculas orgánicas complejas, ejemplo: glucosa.
• Ejemplo: animales superiores y la mayoría de los microorganismos