energetica biochimica

8/16/2019 Energetica biochimica

http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 1/30

ENERGETICĂ BIOCHIMICĂ

Dr. Elena Petrescu



Energetică biochimică

3 tipuri de energie într-un sistem reactant:

- energia liberă Gibbs (G) - entalpia (H)

- entropia (S)

▪ DG = DH – T x DS

Reacție chimică A → B

DG = GB – G A

DG < 0 - reacție exergonică

DG > 0 - reacție endergonică

A + B ↔ C + DKeq = [C]eq[D]eq/[A]eq[B]eq




G (diferenţa de energie liberă reală):

- semnul său este predictiv pentru sensul de desfășurare al unei reacții în condițiiledin celulă:

- DG < 0 → reacția are loc spontan în sensul A → B (reacție exergonică) - dacă DG are valoare negativă mare → reacția este ireversibilă

- DG = 0 → reacția este la echilibru

- DG > 0 → spontan, reacția are loc în sensul A ← B

- ea poate avea loc în sensul A → B numai dacă există un aport deenergie liberă (dintr -o reacție exergonică)

G° (diferenţa de energie liberă standard)

Ecuația lui Gibbs: DG = DG° + RT ln [C][D]/[A][B]

DG pentru o reacție care are loc spontan spre echilibru este negativă și variabilă- la echilibru: DG = 0 => DG° = – RT ln Keq




Cuplarea unei reacții endergonice cu o reacție exergonică:

(1) A → B DG°en

(2) C → D DG°ex

Suma: A + C → B + D DG°total = DG°en + DG°ex

dacă │DG°ex│ > DG°en => DG°total < 0

▪ Ex - formarea glucozo-6-fosfatului:Glucoză + Pi → glucoză-6-fosfat + H2O (DG°1 = 3,3 kcal/mol) - reacţia endergonică

ATP + H2O → ADP + Pi (DG°2 = − 7,3 kcal/mol) - reacţia exergonică

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Suma: Glucoză + ATP → glucoză-6-fosfat + ADP (DG° total = − 4 kcal/mol)

Cale metabolică

DGtotal = DG1 + DG2 + DG3 + DG4 + .....

- dacă DGtotal < 0 → calea este exergonică și are loc în sensul figurat, chiardacă unele reacții individuale au DG > 0



Model mecanic al cuplării unei reacții endergonice cu o reacție exergonică



ATP transferă energia de la procesele exergonice laprocesele endergonice

(1) X + Y + ATP → X−Y + ADP + PiX + ATP → X~P + ADPX~P + Y → X−Y + Pi

(2) X + Y + ATP → X−Y + AMP + PPiX + ATP → X~AMP + PPi

X~AMP + Y → X−Y + AMP

ATP (adenozin trifosfat)



Compuşi înalt energetici:

1,3-DifosfogliceratFosfoenolpiruvat Acil-CoA Creatin-fosfat

Compuşi cu energie joasă:

Esteri fosforici



Compuşi chimici G° (kcal/mol)

Înalt energetici

Fosfoenolpiruvat −14,8

1,3-Difosfoglicerat −11,8

Creatin fosfat −10,3

ATP (→ AMP + PPi) −10,9

Acil-CoA −7,5

ADP (→ AMP + Pi) −7,8

*ATP (→ ADP + Pi) −7,3

Cu energie joasă

PPi (→ 2Pi) −4,6

AMP (→ adenozină + Pi) −3,4

Glucoză-1-fosfat −5

Fructoză-6-fosfat −3,8

Glucoză-6-fosfat −3,3

Glicerol-3-fosfat −2,2



Sinteza ATP prin

fosforilare la nivel de substrat:

Rolul ATP ca donor de fosfat

înalt energetic:

Poziția intermediară a ATP pe scara valorilor G°



Reacții de oxido-reducere

Ared + Box ↔ Aox + Bred (ex: Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+)

Ared → Aox + n e−

Box + n e− → Bred

▪ Ared/Aox şi Bred/Box = cupluri oxido-reducătoare, caracterizate de potențialul redox E

(o măsură a afinității pentru e−)

▪ e− se deplasează de la cuplul donor de e− (E <) spre cuplul acceptor de e− (E >)

▪ Ecuația lui Ner nst: E = E° + (RT/nF) ln [Ox]/[Red]

Reacții de dehidrogenare - catalizate de dehidrogenaze AH2 + B ↔ A + BH2

- B = transportori de e− universali:

▪ coenzimele piridinice (derivați ai vit. PP) - NAD+ și NADP+

▪ coenzimele flavinice (derivați ai vit. B2) - FMN și FAD



Structura NAD+ și NADP+

- acceptă 2 electroni sub formă de ion hidrid H:−



Structura FAD

- acceptă 2 electroni sub forma a 2 atomi de H



Dehidrogenaze dependente de coenzimele nicotinamidice:

AH2 + NAD(P)+ → A + NAD(P)H + H+ [ NAD(P)+ + 2e− + 2H+ → NAD(P)H + H+ ]

Dehidrogenaze dependente de coenzimele flavinice:

AH2 + FMN/FAD → A + FMNH2/FADH2 [ FMN/FAD + 2e− + 2H+ → FMNH2/FADH2 ]



Fosforilarea oxidativă



Mitocondria – sediul fosforilării oxidative



Ubiquinona (coenzima Q)

Proteinele cu Fe-S



Citocromii



Complexul I (NADH dehidrogenaza)

NADH + H+ + CoQ → NAD+ + CoQH2

Complexul II (succinat dehidrogenaza)

Succinat + CoQ → fumarat + CoQH2



Transferul e− de la NADH, succinat, acil-CoA și glicerol-3-P la coenzima Q



Complexul IV (citocrom c oxidaza)

Complexul III (citocrom c reductaza)

CoQH2 + 2 cit c (Fe3+) → CoQ + 2 cit c (Fe2+) + 2H+

2 cit c (Fe2+) + 2H+ + ½O2 → 2 cit c (Fe3+) + H2O



Transferul electronilor în lanţul respirator



Transferul e− în LR cuplat cu generarea gradientului de H+



ATP sintaza (complexul Fo-F1)

Oxidarea NADH:

NADH + H+ + ½O2 + 3ADP + 3Pi → NAD+ + 3 ATP + 4H2O

Oxidarea succinatului:

succinat + ½O2 + 2ADP + 2Pi → fumarat + 2 ATP + 3H2O



Inhibitori ai lanțului respirator



Decuplanți ai fosforilării oxidative - dinitrofenolul (DNP)



Decuplanți ai fosforilării oxidative - termogenina



Bibliografie

• David L. Nelson, Michael M. Cox. Lehninger Principles of Biochemistry. 5th edition, 2008.

• Colleen Smith, Allan D. Marks, Michael Lieberman. Marks’ Basic Medical Biochemistry: A Clinical

Approach. 2nd edition, 2004.

• Robert K Murray, Darryl K. Granner, Peter A. Mayes, Victor W. Rodwell. Harper’s Illustrated

Biochemistry. 27th edition, 2006.

• Pamela C. Champe, Richard A Harvey, Denise R. Ferrier. Lippincott’s Illustrated Reviews –

Biochemistry. 4th edition, 2007.

• Reginald H. Garrett, Charles M. Grisham. Biochemistry. 2nd edition, 1999.

• Mary K. Campbell, Shawn O. Farrell. Biochemistry. 6th edition, 2007.

energetica biochimica

Documents