fisicoquimica: bioenergetica
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TERMODINAMICA Y BIOENERGÉTICA
Qué es la Bioenergética? Es la disciplina que estudia los aspectos
energéticos en los sistemas vivos, tanto a nivel molecular como a nivel celular. Interacciones moleculares ATP como biomolécula almacenadora de energía Biocatálisis Reacciones acopladas
La bioenergética es el estudio de: las transformaciones de energía que
tienen lugar en la célula, y 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)
CLASIFICACIÓN DE LOS ORGANISMOS VIVOS
ORGANISMOS VIVOS
AUTOTRÓFICOS
ENERGÍA DE LOS ALIMENTOS
HETEROTRÓFOS AUTOTRÓFOS
ENERGÍA DEL SOL
Termodinámica y Seres Vivos
La característica principal de los seres vivos es la constancia en sus propiedades, en relación a las grandes transformaciones energéticas que ocurren en ellos.
Sin embargo, los seres vivos no son sistemas termodinámicos en equilibrio, aunque sus propiedades sean constantes
Los organismos vivos son sistemas abiertos que
intercambian materia y energía con el m.a.
Si se analizan las reacciones que ocurren en el organismo, se encontrará que las concentraciones de reactivos y productos permanecen estables en el tiempo.
Para resolver esta situación y poder aplicar los conceptos de la Termodinámica se introdujo el concepto de Estado Estacionario o Estado Estable, en el que las transformaciones se están produciendo constantemente
EL FLUJO DE ENERGÍA EN LA NATURALEZA
ATP Adenosín trifosfato:
Compuesto rico en energía debido al alto potencial de transferencia que le confieren los dos enlaces fosfoanhídridos.
ATP→ADP ATP→AMP
FUNCIÓN MITOCONDRIAL
MITOCONDRIA = Principal
fuente de ATP
ENERGIA LIBRE
LOS SERES VIVOS DESDE EL PUNTO DE VISTA TERMODINÁMICO
Máquinas térmicas, trabajan a P y T constantes
Sistemas abiertos, en estado estacionario
Seres vivos: sistemas abiertos que involucran un intercambio balanceado de materia y energía entre el organismo y el medio ambiente
Seres vivos (célula)
ESTADO ESTACIONARIO Es diferente del estado de equilibrio químico Sistema cerrado equilibrio dinámico Sistema abierto estado estacionario
Aplicación de la primera ley de la Termodinámica a los seres vivos
∆E = q + w ; Todas las formas de energía de las moléculas 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 energía y de materia (alimentos) libera por combustión energía 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 - P∆V
Muy pequeño, pues se trata de fases condensadas
Por lo tanto:
∆E combust.alimentos ≅ ∆H combust.alimentos
La ecuación (●) 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 pérdida de energía, Ө (liberado)
∆H combust.alimentos = ganancia de energía, ⊕ siempre
Analizando para un individuo en actividad, wegresa ≠ 0
Tres situaciones: 1) El alimento libera la cantidad exacta de energía que requiere el organismo: | ∆H combust.alimentos | = | q + w | ∆E = 0 estado estacionario en un organismo adulto, en tiempos acotados 2) El alimento libera más cantidad de energía necesaria que requiere para funcionar: | ∆H combust.alimentos | > | q + w | El exceso proporcionado por los alimentos será utilizado para sintetizar sustancias de reserva (aumento de peso). Hay una transformación de la energía de las moléc. de los alimentos a energía química de las moléc.de sustancias de reserva. 3) El alimento libera menor cantidad de energía de la necesaria que requiere el organismo | ∆H combust.alimentos | < | q + w | La energía en defecto la obtendrá de la degradación de las sustancias de reserva Hay una transformación de la energía química en calor o trabajo
El segundo principio de la Termodinámica 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 energía en forma de nutrientes y luz solar, y la devuelven como calor y entropía.
Análisis termodinámico de sistemas bioquímicos
Convenciones: 1. Se acepta que la actividad termodinámica 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 variación de energía libre estándar a pH 7, se designa como ∆G0’
3. Los valores de ∆G0’ empleados en bioenergética suponen que el estado estándar 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 biológicos el criterio de espontaneidad es ∆G’ .
•Los seres vivos son sistemas abiertos en estado estacionario.
•Otra característica es que son metaestables.
•Experimentan un recambio metabólico, para adaptarse a los cambios
en la composición química de los nutrientes exógenos.
Parte de la energía liberada en los procesos de combustión (catabólicos)
será derivada a los procesos que necesitan energía para producirse
(anabólicos).
El ATP actúa como intermediario químico y/o transportador
de energía para los procesos celulares que lo requieren.
Reacciones Acopladas
En los seres vivos, parte de la energía liberada en un proceso espontáneo
puede transformarse en trabajo químico. En el caso, de una reacción
exergónica la energía liberada se usa para dar lugar a otra reacción endergónica
que no tendría lugar espontáneamente.
