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Matías Javier Labra Pastine. Resumen Bioenergética: Principios de Bioenergética.

Principios de Bioenergética Es el estudio de la transformación de Energía al interior de la célula. Se sirve de la termodinámica para su estudio, ya que las transformaciones biológicas de energía obedecen las leyes de la termodinámica.

 Leyes de la termodinámica. Primera Ley: La energía total del universo permanece constante: Es decir la energía del universo no se crea ni se destruye, permanece invariante. La energía solo se transforma. Segunda Ley: La entropía del universo aumenta: Es decir, el grado de desorden en el universo aumenta. Entalpía ( H): Es la energía en forma de calor, liberada o consumida en un sistema a, Tº y presión constantes. Entropía ( S): Es el grado de desorden de las moléculas en un sistema. A mayor entropía mayor rapidez de la reacción.

 Energía. Es la capacidad para generar trabajo. (Combustible, sustrato, actividad, se mide en Kcal.). Formas de Energía: Nuclear, Radiante, Química, Cinética, Calórica, Mecánica entre otras. El común denominador de estas energías en la energía calórica: El cuerpo humano utiliza el 25% de la E ingerida en E química la que puede ser transformada en energía mecánica. El restante 75% de la energía se libera como energía calórica. Esto es considerando una persona relativamente entrenada. Y en motores la energía perdida como calor es el 90%. Por Ej. E. nuclear  Sol (espectro electromagnético)  E. radiante  E. química, vegetal E. química, animal

(ATP) Ser humano (75% Calor)

Energía cinética La energía de los alimentos y reacciones químicas se mide en Kcal o kj Caloría: Es la energía calorífica necesaria para elevar en 1ºla Tº de 1g de agua, (14,5 a 15,5) destilada a presión estándar (nivel del mar 760 mmHg = 1 atmósfera). Para transformar a Joules:

1 cal. = 4,18 j. Y 1j = 0.24 cal.

Por comodidad se habla de Kcal; es decir si una manzana tiene 50 Kcal.; es correcto decir tiene 50.000 calorías.

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Las calorías se miden a través de La calorimetría (mide el calor de una reacción química o un cambio físico) directa o indirecta. Calorimetría directa: Mide la cantidad E en forma de calor por la oxidación de los enlaces químicos de los nutrientes. Se pone el alimento en un receptáculo (bomba calorimétrica) con oxigeno y se producirá una oxidación, estará rodeado de agua a Tº controlada y aislada, la E de la oxidación se transmite al agua y por el aumento de Tº se mide la E calórica. Calorimetría indirecta: Se basa en la proporcionalidad que existe entre el consumo de O2 y la producción de CO2. Estimar el consumo de O2 en un sujeto por un período determinado mientras realiza una determinada actividad, permite establecer el costo energético de dicha actividad. El examen de calorimetría indirecta se realiza en un analizador de O2 y CO2 en aire espirado. Las Células necesitan Energía para realizar múltiples funciones. La energía a su disposición es la energía libre.

Energía libre de Gibbs ( G): Energía disponible para realizar trabajo. G (+): Quiere decir que la E del producto es mayor a la del sustrato es decir, hubo utilización de energía, por lo tanto (reacción endergónica). Para que esta se produzca es necesaria una previa reacción exergónica que entregue energía libre para poder llevar a cabo la reacción endergónica. G (-): Quiere decir que la E que del producto es menor a la del sustrato es decir, hubo liberación de energía (reacción exergónica; ocurren espontáneamente). La energía dentro de la célula se “almacena” en ciertas moléculas y la más utilizada es el ATP (adenosin trifosfato), que puede hidrolizarse: ATP  ADP + Pi… En este caso la energía que contiene la molécula de ADP (adenosin difosfato; producto) es menor que la que tenía el ATP (sustrato), por lo tanto hubo una liberación de energía ( G -). Y en caso contrario: ADP + Pi ATP… En este caso la energía del ADP (sustrato) es menor que la energía del ATP (adenosin trifosfato; producto). ( G-).

E N E R G I ATP A

Aquí el G es negativo sencillamente porque el producto de la reacción es energéticamente menor al sustrato, lo que significa que debió perder energía (reacción exergónica). ADP + Pi

G (-7,3Kcal/mol)

Tiempo reacción

* El sustrato va a ser aquel compuesto químico que se transforma en un producto: por esto puede ser ATP o ADP el sustrato, dependiendo de la dirección de la reacción. Otras moléculas de alta energía además del ATP son: Acetil-CoA, Creatina Fosfato, Fosfoenol Piruvato,

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 Funcionamiento del ATP. El ATP (adenosina trifosfato), es una molécula de alta energía, que al liberar grupos fosfatos va a liberar gran cantidad de energía útil. El mecanismo mediante el cual se proporciona energía no siempre es la simple hidrólisis del ATP. También puede ser a través de la transferencia del grupo fosfato a otra molécula. Lo que quiere decir que NO todas las reacciones dependientes de ATP son mediante hidrólisis de este. Hay múltiples reacciones que dependen del ATP, en las que el ATP transfiere un grupo fosfato, a otra molécula covalentemente para elevar su contenido de energía libre. La hidrólisis del ATP es utilizada en algunas pocas reacciones como, la contracción muscular.

Tabla: Lehninger 4ta edición, Pág. 493

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Tabla: Lehninger 4ta edición, Pág. 499

 Metabolismo. Es la suma de todas las reacciones bioquímicas que ocurren en la célula. Consta de dos procesos.

Catabolismo (destrucción). Es la fase degradadora. Las moléculas se convierten en otras más pequeñas y simples. Con liberación de energía (reacción exergónica). Anabolismo (síntesis). moléculas pequeñas reaccionan para convertirse en otras más grandes y complejas. Con utilización de energía (reacción endergónica).

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 Reacciones de oxidación-reducción Biológicas. 

Así como la transferencia de grupos fosfatos es vital para el metabolismo en la célula, también existe la transferencia de electrones, la que tiene también gran importancia.

Las reacciones de oxido- reducción o redox se basan en la transferencia de electrones de un átomo o molécula a otro. Cuando un átomo o molécula cede o pierde electrones se está oxidando. Y cuando gana o recibe electrones se está reduciendo.

Agentes reductores y oxidantes. Cuando un átomo o molécula tiene una electronegatividad alta, tiende a ganar electrones oxidando así al que lo cedió. Estos átomos o moléculas aceptores de electrones, en una reacción redox, se llaman agentes oxidantes. Por lo contrario cuando un átomo o molécula tiene baja electronegatividad, tiende a ceder electrones reduciendo así al que lo recibe. Estos átomos o moléculas dadoras de electrones, en una reacción redox, se llaman agentes oxidantes. En orden creciente de electronegatividad algunos átomos: H < C < S < N < O. Siendo el oxigeno el con mayor poder de oxidación. Cuando dos átomos unidos covalentemente “pertenece” al átomo más electronegativo.

comparten un electrón, este electrón

Deshidrogenación. En muchas oxidaciones, es común que junto a la pérdida de electrones, la molécula pierda también hidrógeno. Recibiendo el nombre de deshidrogenación. Estas reacciones son catalizadas por enzimas llamadas deshidrogenasas.

4 Formas de transferir electrones. 1.

Directamente como electrones. Se transfiere un electrón de un átomo a otro.

2.

En forma de hidrógeno. El hidrógeno de compone de un protón y un electrón.

3.

En forma de ión hidruro (:H- ). Un ión hidruro se compone de dos electrones y un protón. + + Esto sucede en el caso del NAD , en donde se liberan dos hidrógenos, pero el NAD capta + solo dos electrones (e ) y un protón (H ). El otro protón queda libre en el medio.

4.

A través de una combinación con oxígeno. El oxígeno se combina covalentemente con un reductor orgánico.

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Coenzimas y proteínas como transportadores de electrones. Hay ciertas coenzimas y proteínas aceptoras de protones, que se reducen durante algunas reacciones. Esto permite conservar la energía liberada en la oxidación de ciertos sustratos. Dentro de las coenzimas más importantes están el NAD+, NADP+, FAD y FMN. También se destacan la, ubiquinona, el citocromo. El NADH+ (nicotinamida adenina dinucleótido), es un aceptor de electrones reversible que está oxidado (NAD+) en mayor cantidad que su forma reducida (NADH), esto favorece la + transferencia de iones hidruro hacia el NAD . Esto se debe a que su función es principalmente catabólica. El NADP+ (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato), es un aceptor de electrones reversible + que está oxidado (NADP ) en menor cantidad que su forma reducida (NADPH), esto favorece la transferencia de iones hidruro desde el NADPH, hacia otro sustratos. Esto se debe a que su función es principalmente anabólica. + + + NAD + 2e + 2H NADH + H

NADP+ + 2e- + 2H+ NADPH + H+ -

+

+

El ion hidruro se compone de 2e + H por lo tanto el H restante queda libre en el medio....