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BIOENERGÉTICA (tema 6). Dra. Judith García de Rodas Salón 207. Reconocerán la importancia del flujo energético en los sistemas vivos. Utilizarán los valores de cambio en energía libre para predecir la espontaneidad de las reacciones químicas en los organismos.

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dra judith garc a de rodas sal n 207

BIOENERGÉTICA (tema 6)

Dra. Judith García de Rodas

Salón 207

saberes al finalizar la actividad el la estudiante

Reconocerán la importancia del flujo energético en los sistemas vivos.

  • Utilizarán los valores de cambio en energía libre para predecir la espontaneidad de las reacciones químicas en los organismos.
  • Relacionarán la bioenergética con el metabolismo celular
Saberes: al finalizar la actividadel/la estudiante:
slide3

Requerimientos celulares

Materiales estructurales

Catalizadores

Información

Energía

Monosacáridos

Ácidos grasos

Aminoácidos

Nucleótidos

Agua

Minerales

Obtener

Almacenar

Utilizar

Enzimas

Ribozimas

Almacenamiento (ADN)

Transmisión (ARN)

Expresión (proteínas)

energ a

Es la capacidad para realizar cambios específicos

  • Necesaria para:
    • Impulsar reacciones implicadas en la formación de componentes moleculares
    • efectuar actividades en las que participan dichos componentes
ENERGÍA
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Eléctrico

Síntesis

Energía

Luz

Mecánico

Calor

Concentración

slide6

Flujo de energía y materia

Aumento de energía Libre

Disminuye la entropía

Pérdidas de calor

Oxígeno

Pérdidas de calor

Energía solar

Compuestos orgánicos

Energía: unidireccional

Energía química

Fotótrofos

Quimiótrofos

Dióxido de carbono

Disminución de E. Libre

Aumento entropía

Materia: cíclico

Nitrato

Agua

materia y energ a
Materia y Energía

Materia: todo lo que tiene masa, volumen y ocupa un lugar en el espacio

Energía: La capacidad de un sistema para realizar un trabajo, utilizando energía

Clases de Energía: mecánica, eléctrica, potencial, química, calorífica, lumínica etc.

termodin mica
TERMODINÁMICA
  • Estudia el flujo de energía en los sistemas (cambios energéticos en el universo)
  • Las leyes termodinámicas gobiernan los cambios energéticos en una reacción, y proveen herramientas para predecir la espontaneidad de la misma, si es favorable o inducida
bioenerg tica
BIOENERGÉTICA
  • Describe la transferencia y utilización de la energía en los sistemas biológicos
  • Utiliza las ideas básicas de la termodinámica, particularmente el concepto de energía libre
  • Los cambios en la energía libre (DG) permiten cuantificar y predecir la factibilidad energética de una reacción química
el universo
Se compone de dos partes:

Sistema:

La parte del universo bajo estudio

Espacio físico o porción de materia contenida dentro de un límite o frontera

Ej. una célula, una máquina, un vaso de precipitado

Entorno

Región fuera del límite o frontera

El sistema intercambia materia o energía con él

El Universo
clases de sistemas
Clases de sistemas

entorno

No hay intercambio de energía

entorno

Hay intercambio de energía

Sistema cerrado

Sistema abierto

formas de intercambio de energ a entre un sistema y el entorno
CALOR:

Es una forma de energía útil para las máquinas

En organismos permite mantener temperatura corporal, mediante la transpiración

TRABAJO:

Utilizar la energía para cualquier proceso diferente al flujo de calor

Formas de Intercambio de Energía entre un sistema y el entorno

Trabajo:cambio uniforme de moléculas en el entorno

Calor: aumenta el desorden de las moléculas en el entorno

leyes termodin micas
Primera Ley: Conservación de la energía

La energía total del universo permanece constante, aunque puede cambiar

En una célula, la cantidad total de energía que sale, debe ser exactamente igual a la que entra, menos la energía que permanece almacenada en el sistema

Leyes Termodinámicas
leyes termodin micas1
Segunda Ley: Espontaneidad termodinámica
  • En cada cambio físico o químico, se incrementa la aleatoriedad (desorden) del universo
  • Toda reacción espontánea da como resultado disminución del contenido de energía libre del sistema
Leyes Termodinámicas
espontaneidad termodin mica
Espontaneidad termodinámica
  • Indica la probabilidad de que una reacción química ocurra,
    • Aumento en la Entropía (medida de desorden), puede determinarse por variación de la entropía.
    • Disminución de la Energía libre (medida de la capacidad del sistema para realizar un trabajo)
    • El parámetro de medida debe tomar en cuenta únicamente el sistema.
energ a libre
Energía libre
  • Energía que está disponible para hacer un trabajo útil
  • Para sistemas biológicos, con presión, volumen y temperatura constantes, la variación de energía libre (DG), se relaciona con las variaciones de entalpía y entropía

ΔH= ΔG + TΔS

variaci n de energ a libre d g
Variación de Energía Libre DG
  • La variación de energía libre es una medida de la espontaneidad termodinámica, basada únicamente en las propiedades del sistema donde ocurren las reacciones
  • DG se puede calcular a partir de la Keq, a partir de las concentraciones de reactivos y productos

ΔGº´ = -R T lnKeq

R= Constante de gases 1.9 cal./º/mol

T= Temperatura en º Kelvin.

lnKeq log. Natural de Keq.

Keq = [productos] / [reactantes]

equilibrio qu mico
Equilibrio Químico
  • Se establece cuando las velocidades de las reacciones directa e inversa son iguales

A + B C + D

Reacción directa

Reacción inversa

slide21

Constante de equilibrio Keq

  • Permite predecir la dirección a la que una reacción ocurre espontáneamente
  • Se obtiene al dividir la concentración de los reactivos y de los productos en el equilibrio

K eq = [C] [D]

[A] [B]

valores de la k eq
Valores de la Keq
  • Keq > 1 concentración de productos mayor que concentración de reactivos. La reacción favorecida es hacia la derecha (reacción directa)
  • Keq < 1 concentración de reactivos mayor que concentración de productos. La reacción favorecida es hacia la izquierda (reacción inversa)
  • Keq = 1 concentración de reactivos igual a concentración de productos
  • En los sistemas vivos la Keq puede ser mayor o menor que 1, si es 1 equivale a muerte porque no hay intercambio energético.
valores de la k eq1
Valores de la Keq
  • Si la concentración de productos = 10 y la concentración de reactivos = 2

Keq = 5 se favorece reacción directa

  • Si la concentración de productos = 2 y la concentración de reactivos = 10

Keq = 0.1 se favorece reacción inversa

  • Si la concentración de productos = 2 y la concentración de reactivos = 2

Keq = 1 está en equilibrio

energ a libre est ndar dg
Es el cambio de energía que se hace en un calorímetro bajo condiciones estándar de:
    • Temperatura = 25 °C (298 K)
    • Presión = 1 atmósfera
    • Concentración 1 M
    • pH = 7
  • Dentro de una célula no existen estas condiciones standares, son otros valores.
Energía Libre Estándar DGº´
utilidad de d g y d g
Utilidad deDGº y DGº´
  • Medidas útiles para cuantificar en qué dirección debe producirse una reacción para alcanzar el equilibrio y a qué distancia se encuentra de este
  • En las células, las reacciones se desplazan al equilibrio pero no lo alcanzan, porque sería una reacción detenida DG = 0
procesos exerg nicos y enderg nicos
Procesos exergónicos y endergónicos
  • Los procesos químicos pueden ocurrir con la absorción o liberación de energía, que usualmente se manifiesta en forma de calor y/o de trabajo
  • Los procesos que liberan energía son favorecidos, ocurren espontáneamente
  • Los procesos que absorben energía no son favorables, ocurren cuesta arriba
reacciones exerg nicas y enderg nicas
Reacciones exergónicas y endergónicas
  • Reacción exergónica
    • Reacción química que es espontánea
    • Libera energía al entorno
    • Su Keq es > 1
    • Su DGº < 1 (negativa)
  • Reacción endergónica
    • Reacción química que ocurre cuesta arriba
    • Necesita energía para ocurrir
    • Su Keq es < 1
    • Su DGº > 1 (positiva)
metabolismo
METABOLISMO
  • Conjunto de reacciones bioquímicas que ocurren en un organismo, incluyendo su coordinación, regulación y necesidades energéticas
  • El metabolismo es un proceso de transformación de energía donde el catabolismo proporciona la energía requerida para el anabolismo
v as catab licas y anab licas
Vías catabólicas y anabólicas

Moléculas en los alimentos

Variedad de moléculas que forman a una célula

Energía para realizar trabajo

VÍAS CATABÓLICAS

VÍAS ANABÓLICAS

Variedad de monómeros para biosíntesis de macromoléculas

catabolismo
CATABOLISMO
  • Ruta metabólica de degradación de macromoléculas (grasas, carbohidratos y proteínas) en moléculas más simples
  • Se dan los procesos de oxidación y formación de los cofactores reducidos NADH, NADPH y FADH2
  • Se libera la energía química (procesos exergónicos) y se produce ATP a partir de ADP
  • Hay convergencia de rutas metabólicas
anabolismo
ANABOLISMO
  • Ruta metabólica de biosíntesis o construcción de macromoléculas (proteínas, ADN) a partir de moléculas precursoras más pequeñas
  • Se dan los procesos de reducción y formación de los cofactores oxidados NAD+, NADP+ y FAD+
  • Requiere de energía (procesos endergónicos) por lo que se consume ATP
  • Hay divergencia de rutas metabólicas
reacciones acopladas
Reacciones Acopladas

La energía de una reacción exergónica se utiliza para realizar una endergónica

mecanismos para el intercambio de energ a en los sistemas vivos
Transferencia del grupo fosforilo ATP-ADP

Cada fosforilacion o desfosforilación intercambian 7.3Kcal/mol.

Mecanismos para el intercambio de Energía en los Sistemas Vivos
actividades celulares en que participa el atp
Actividades celulares en que participa el ATP

Flujo de información (núcleo~citoplasma)

Síntesis molecular

Movimiento de vesículas

ATP

Bombeo iónico

Eliminación de compuestos

Contracción muscular

Producción de compuestos

mecanismos para el intercambio de energ a en los sistemas vivos1
Reacciones de óxido-reducción
  • implican cambios en el estado electrónico de los reactantes (ganancia o pérdida de electrones yo protones)
Mecanismos para el intercambio de Energía en los Sistemas Vivos
cuestionario
CUESTIONARIO

¿Que diferencia hay entre sistema abierto y cerrado?

¿Qué diferencia hay entre energía libre y estándar ?

¿Que relación hay entre cambio de energía libre y constante de equilibrio (Keq)?

¿Qué es metabolismo, anabolismo y catabolismo?

¿Qué son reacciones acopladas y en que condiciones ocurren?

¿Qué diferencia hay entre reacciones endergónicas y exergónicas?

¿Qué diferencia hay entre energía libre (DG) y energía libre estándar (DGº)?

¿De dónde obtienen los organismos la energía ùtil para trabajo?

¿Que significa catálisis y que moléculas partiicipan?

¿Como define sustrato y enzima?

¿Que diferencia hay entre enzima y ribozima y que función tienen?

¿Que diferencia hay entre enzima y coenzima?

¿Que es un grupo prostético y que función tiene?

¿Que variedad de enzimas requieren de grupo prostético y en que tipo de reaciones

Participan?

¿Que diferencia hay entre sitio activo y alostérico?

¿Qué condiciones requieren los catalizadores orgánicos para actuar optimamente?

¿Que diferencia hay entre inhibición reversible e irreversible y cuándo ocurre?

¿Que diferencia hay entre inhibición competitiva y no competitiva?

¿Qué es inhibición alostérica y cuál es su importancia?

cuestionario1

¿En que consiste la afinidad enzimática?

¿Que es glicólisis, en que parte de la célula ocurre y que importancia tiene?

¿Que organismos realizan glucólisis y porqué?

Esquematice el proceso de la glicólisis?

¿Cuáles son los productos de la glucólisis?

¿Qué importancia tienen las NAD en la glicólisis?

¿Qué diferencia hay entre glucólisis y fermentación?

¿Qué diferencia hay entrre fermentación y respiración?

¿Qué gas es indispensable para la oxidación en la mitocondria?

¿Que gas se libera por oxidación del piruvato en la mitocondria?

¿Cuál la diferencia en la producción de ATP en la glicoliisis anaeróbica comparada con la aeróbica?

¿Cómo eliminan los animales del ácido carbónico que se forma en el organismo?

cuestionario
preguntas
Preguntas???????

Muuuchas Gracias...