fisicoquimica: bioenergetica

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    TERMODINAMICA Y BIOENERGTICA

  • Qu es la Bioenergtica? Es la disciplina que estudia los aspectos

    energticos en los sistemas vivos, tanto a nivel molecular como a nivel celular. Interacciones moleculares ATP como biomolcula almacenadora de energa Biocatlisis Reacciones acopladas

  • La bioenergtica es el estudio de: las transformaciones de energa que

    tienen lugar en la clula, y la naturaleza y funcin de los procesos

    qumicos en los que se basan esas transformaciones, las cuales siguen las leyes de la termodinmica.

    3

  • Organismos Auttrofos: Son aquellos que pueden

    utilizar el CO2 como fuente de carbono

    (bacterias, vegetales)

    Organismos Hetertrofos: obtienen carbono de

    molculas orgnicas complejas

    (animales, microorganismos)

    CLASIFICACIN DE LOS ORGANISMOS VIVOS

  • ORGANISMOS VIVOS

    AUTOTRFICOS

    ENERGA DE LOS ALIMENTOS

    HETEROTRFOS AUTOTRFOS

    ENERGA DEL SOL

  • Termodinmica y Seres Vivos

    La caracterstica principal de los seres vivos es la constancia en sus propiedades, en relacin a las grandes transformaciones energticas que ocurren en ellos.

    Sin embargo, los seres vivos no son sistemas termodinmicos en equilibrio, aunque sus propiedades sean constantes

  • Los organismos vivos son sistemas abiertos que

    intercambian materia y energa con el m.a.

    Si se analizan las reacciones que ocurren en el organismo, se encontrar que las concentraciones de reactivos y productos permanecen estables en el tiempo.

    Para resolver esta situacin y poder aplicar los conceptos de la Termodinmica se introdujo el concepto de Estado Estacionario o Estado Estable, en el que las transformaciones se estn produciendo constantemente

  • EL FLUJO DE ENERGA EN LA NATURALEZA

  • ATP Adenosn trifosfato:

    Compuesto rico en energa debido al alto potencial de transferencia que le confieren los dos enlaces fosfoanhdridos.

    ATPADP ATPAMP

    FUNCIN MITOCONDRIAL

    MITOCONDRIA = Principal

    fuente de ATP

    ENERGIA LIBRE

  • LOS SERES VIVOS DESDE EL PUNTO DE VISTA TERMODINMICO

    Mquinas trmicas, trabajan a P y T constantes

    Sistemas abiertos, en estado estacionario

    Seres vivos: sistemas abiertos que involucran un intercambio balanceado de materia y energa entre el organismo y el medio ambiente

    Seres vivos (clula)

    ESTADO ESTACIONARIO Es diferente del estado de equilibrio qumico Sistema cerrado equilibrio dinmico Sistema abierto estado estacionario

  • Aplicacin de la primera ley de la Termodinmica a los seres vivos

    E = q + w ; Todas las formas de energa de las molculas constituyentes del organismo E

    Por ser un sistema abierto: Esistema = qingresa - qegresa + wingresa - wegresa

    w ingresa: trabajo realizado por el sistema = 0

    El ingreso de energa y de materia (alimentos) libera por combustin energa que es tomada por el organismo, por lo tanto:

    qingresa =E combust.alimentos

  • E sistema= E combust.alimentos - qegresa - wegresa

    () E combust.alimentos = H combust.alimentos - PV

    Muy pequeo, pues se trata de fases condensadas

    Por lo tanto:

    E combust.alimentos H combust.alimentos

    La ecuacin () se puede escribir como: E sistema= H combust.alimentos - qegresa - wegresa

  • Analizando para un individuo en reposo,

    E sistema= H combust.alimentos - qegresa - wegresa

    w egresa = 0

    qegresa prdida de energa, (liberado)

    H combust.alimentos = ganancia de energa, siempre

  • Analizando para un individuo en actividad, wegresa 0

    Tres situaciones: 1) El alimento libera la cantidad exacta de energa que requiere el organismo: | H combust.alimentos | = | q + w | E = 0 estado estacionario en un organismo adulto, en tiempos acotados 2) El alimento libera ms cantidad de energa necesaria que requiere para funcionar: | H combust.alimentos | > | q + w | El exceso proporcionado por los alimentos ser utilizado para sintetizar sustancias de reserva (aumento de peso). Hay una transformacin de la energa de las molc. de los alimentos a energa qumica de las molc.de sustancias de reserva. 3) El alimento libera menor cantidad de energa de la necesaria que requiere el organismo | H combust.alimentos | < | q + w | La energa en defecto la obtendr de la degradacin de las sustancias de reserva Hay una transformacin de la energa qumica en calor o trabajo

  • El segundo principio de la Termodinmica y los seres vivos

    Los seres vivos tienen un alto grado de orden y complejidad que parece contradecirse con la tendencia al desorden impuesta por esta ley.

    El alto grado de orden debe ser compensado de alguna forma. Los organismos vivos crean y mantiene el orden a expensas del ambiente de donde toman energa en forma de nutrientes y luz solar, y la devuelven como calor y entropa.

  • Anlisis termodinmico de sistemas bioqumicos

    Convenciones: 1. Se acepta que la actividad termodinmica del agua es 1. El coeficiente de actividad de reactivos y productos se considera 1. 2. El estado de referencia, se toma como el de pH = 7. La variacin de energa libre estndar a pH 7, se designa como G0 3. Los valores de G0 empleados en bioenergtica suponen que el estado estndar de los reactivos y productos que pueden ionizarse es el de sus formas existentes a pH 7.

    Las concentraciones intracelulares no son 1 M, por ello el criterio de espon- taneidad es G y no G0 y se calcula de la siguiente forma:

    .]reactiv[aproductori

    .]produc[aproductorilnRTGG '0' +=

    Para las reacciones que ocurren en sistemas biolgicos el criterio de espontaneidad es G .

  • Los seres vivos son sistemas abiertos en estado estacionario.

    Otra caracterstica es que son metaestables.

    Experimentan un recambio metablico, para adaptarse a los cambios

    en la composicin qumica de los nutrientes exgenos.

    Parte de la energa liberada en los procesos de combustin (catablicos)

    ser derivada a los procesos que necesitan energa para producirse

    (anablicos).

    El ATP acta como intermediario qumico y/o transportador

    de energa para los procesos celulares que lo requieren.

  • Reacciones Acopladas

    En los seres vivos, parte de la energa liberada en un proceso espontneo

    puede transformarse en trabajo qumico. En el caso, de una reaccin

    exergnica la energa liberada se usa para dar lugar a otra reaccin endergnica

    que no tendra lugar espontneamente.

  • Nmero de diapositiva 1Qu es la Bioenergtica?Nmero de diapositiva 3Nmero de diapositiva 4Nmero de diapositiva 5Nmero de diapositiva 6Nmero de diapositiva 7Nmero de diapositiva 8Nmero de diapositiva 9Termodinmica y Seres VivosNmero de diapositiva 11Nmero de diapositiva 12Nmero de diapositiva 13ATPNmero de diapositiva 15LOS SERES VIVOS DESDE EL PUNTO DE VISTA TERMODINMICOAplicacin de la primera ley de la Termodinmica a los seres vivosNmero de diapositiva 18Nmero de diapositiva 19Nmero de diapositiva 20El segundo principio de la Termodinmica y los seres vivosNmero de diapositiva 22Nmero de diapositiva 23Nmero de diapositiva 24Nmero de diapositiva 25Nmero de diapositiva 26