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La bioenergética es el estudio de las transformaciones de energía que tienen lugar en la célula, y de la naturaleza y función de los procesos químicos en los que se basan esas transformaciones, las cuales siguen las leyes de la termodinámica
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• Organismos Autótrofos: Son aquellos que pueden utilizar el CO2 como fuente de carbono (bacterias, vegetales)
Organismos Heterótrofos: obtienen carbono de moléculas orgánicas complejas.
(animales, microorganismos)
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• Metabolismo: es la suma de todas las reacciones químicas que ocurren en la célula. Tiene lugar en una serie de reacciones catalizadas, llamadas “rutas metabólicas”.
• Catabolismo: es la fase degradadora. Las moléculas nutrientes se convierten en otras mas pequeñas y simples.
• Anabolismo: moléculas pequeñas reaccionan para convertirse en otras mas grandes y complejas.
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• Las células necesitan de energía para poder realizar sus actividades de desarrollo, crecimiento, renovación de sus estructuras, síntesis de moléculas, etc.
• La energía química que utiliza una célula animal para realizar trabajo proviene principalmente de la oxidación de sustancias incorporadas como alimentos. (carbohidratos, grasas)
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• Al producirse una transformación química, generalmente se rompen enlaces y el contenido de energía de las moléculas aumenta o disminuye. (DG aumenta o disminuye)
• La “moneda” de intercambio de Energía en los procesos biológicos es el ATP
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• Las oxidaciones se efectúan por adición de O, por pérdida de H o por otra reacción que resulte en la pérdida de electrones.
• La reducción, por el contrario, implica ganancia de electrones.
• NADH y FADH2 son los principales transportadores de electrones, ya que sufren oxidaciones y/o reducciones reversibles.
• Sus reducciones, permiten la conservación de la Energía Libre que se produce en la oxidación de los sustratos
PRINCIPIOS DE LA TERMODINÁMICA
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• PRIMER PRINCIPIO:“ LA ENERGÍA TOTAL DEL UNIVERSO PERMANECE CONSTANTE”
Equivale a decir: la energía del universo no se crea ni se destruye, permanece invariante. Solo se transforma.
• SEGUNDO PRINCIPIO:“ LA ENTROPÍA DEL UNIVERSO AUMENTA”
Equivale a decir que el grado de desorden en el universo aumenta.
CAMBIOS DE ENERGÍA LIBRE EN LAS REACCIONES QUÍMICAS
• Medir el contenido de energía de un sistema es muy difícil, generalmente medimos el cambio de energía entre dos estados.
• La variación de energía (DG) para ir de A hacia B es:
DGBA = GB - GA
Para ir de B hacia A:
DGAB = GA – GB = - DGBA
Matemáticamente: DG = DH -TDS
A B1
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CAMBIOS DE ENERGÍA LIBRE EN LAS REACCIONES QUÍMICAS
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• Las reacciones cuya DG es positivo no transcurren espontáneamente.
• Las reacciones cuyo DG es negativo son las que se producen espontáneamente.
• Si DG = 0 la reacción se encuentra en equilibrio químico.
• Hay una relación entre DG y la constante de equilibrio:
DG = DGº + RT ln [productos]/[reactivos]
Si DG = 0 (en el equilibrio): DGº = -RT ln Keq
• En termoquímica, una reacción endergónica (también llamada reacción desfavorable o no espontánea) es una reacción química
en donde el incremento de energía libre es positivo.
REACCIÓN ENDERGONICA
• Una reacción exergónica es una reacción química donde la variación de la energía libre de Gibbs es negativa.
REACCIÓN EXERGONICA
• En termodinámica, la energía libre de Gibbs (energía libre o entalpía libre).
ENÉRGIA LIBRE DE GIBBS
• De Reacciones Endergónicas: 1- Fotosíntesis, 2- División celular( Mitosis-meiosis), 3- Síntesis de Proteínas.
• De Reacciones Exergónicas: 1- Fotólisis del agua, 2- Respiración celular aerobia( Glucólisis, Ciclo de Krebs, Cadena Oxidativa), 3-
Senescencia o Envejecimiento celular.
EJEMPLOS
COMPUESTOS DE ALTO CONTENIDO ENERGETICO.ADENOSIN TRIFOSFATO.
Es un nucleótido fundamental en la obtención de energía celular. Está formado por una base nitrogenada (adenina) unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en su carbono 5 tiene enlazados tres grupo fosfato.
Se produce durante la fotorrespiración y la respiración celular, y es consumido por muchas enzimas en la catálisis de numerosos procesos químicos.
REACCIONES ENERGÉTICAMENTE ACOPLADAS
• Una reacción altamente exergónica puede hacer que otra endergónica ocurra si ambas se acoplan.
nombre DGº’(kcal/mol)
ATP ADP + P -7,3
ADP AMP + P -7,7
AMP adenosina + P -3,4
Nicotinamida adenina dinucleótido.
Conocido como nicotinamida adenina.Dinucleótido(abreviado NAD+en su forma oxidada y NADH en su forma reducida), es una coenzima encontrada en células vivas y compuesta por un dinucleótido, ya que está formada por dos nucleótidos unidos a través de sus grupos fosfatos, siendo uno de ellos una base de adenina y el otro denicotinamida. Su función principal es el intercambio de electrones e hidrogeniones en la producción de energía de todas las células.
El flavín adenín dinucleótido o dinucleótido de flavina-adenina (abreviado FAD en su forma oxidada y FADH2 en su forma reducida) es una coenzima que interviene en las reacciones metabólicas de oxidación-reducción.
El FAD es una coenzima que interviene como dador o aceptor de electrones y protones (poder reductor) en reacciones metabólicasredox; su estado oxidado (FAD) se reduce a FADH2 al aceptar dos átomos de hidrógeno (cada uno formado por un electrón y un protón),