INTRODUCCION AL METABOLISMO

MAURICIO MORENO

BOGOTA

2016

METABOLISMO

• SER VIVO:

• -sistema abierto

• -no está en equilibrio con el medio que lo

rodea

• -autoregeneración

• -autoreplicación

• Metabolismo: autodestrucción=autoregeneración

catabolismo= anabolismo

Sistema cerrado

No mantiene la vida

Evoluciona hacia el equilibrio

Sistema abierto

Mantiene la vida

Estado estacionario

SERES VIVOS

Máquinas

químicas que

operan a T y P

constantes

Sistemas termodinámicos abiertos en estado

estacionario

ENERGÍA

INCORPORACIÓN

AUTOTROFOS

HETEROTROFOS

UTILIZACIÓN

DEGRADACIÓN

CALOR Aumento de ENTROPÍA

DESECHOS

Energía solar

Alimentos

FLUJO DE MATERIA Y ENERGÍA

RUTA O VIA METABOLICA

COMO HACEN LOS SERES VIVOS PARA LLEVAR A

CABO REACCIONES ANABÓLICAS Y PROCESOS QUE

REQUIEREN ENERGÍA

A TRAVES DE REACCIONES ACOPLADAS

Elementos 1 Una reacción que libera energía2 Una reacción que requiera energía3 Un intermediario común

ACOPLAMIENTO BIOQUIMICO

BIOENERGETICA

• La bioenergética es la parte de la biología muy relacionada con la física , que se encarga del estudio de los procesos de absorción, transformación y entrega de energía  en los sistemas biológicos.

• En general, la Bioenergética se relaciona con la Termodinámica.

-La formación o ruptura de cada biomolécula lleva asociado un cambio de energía. La Termodinámica es el campo de la química que estudia esos cambios de energía.-El objetivo de la termodinámica es predecir si una reacción ocurrirá espontáneamente: si continuará sin necesidad de aporte energético una vez ha comenzado.-Los sistemas biológicos no vulneran la segunda ley de la termodinámica.

TERMODINAMICA

• El primer principio de la termodinámica es la ley de conservación de la energía y estipula que,

“En todo cambio la energía no se crea ni se destruye,

se transforma.”

• Por ejemplo, la energía química disponible en la glucosa se puede convertir en el proceso de la glucólisis en otra forma de energía química, el ATP.

• La energía del gradiente osmótico electro potencial de hidrogeniones  establecido a través de la membrana mitocondrial puede convertirse en energía química al utilizar dicho gradiente para impulsar la síntesis de ATP

• El segundo principio de la Termodinámica define la entropía. La entropía(S) es una medida del grado de desorden en un sistema. La entropía se puede considerar también como la energía de un sistema que no se puede utilizar para realizar trabajo efectivo. Todos los procesos, ya sean químicos o biológicos progresan hacia una situación de máxima entropía. No obstante, en los sistemas biológicos es casi imposible cuantificar cambios de entropía ya que estos sistemas raramente están en equilibrio. Por razones de sencillez se empleará la cantidad denominada energía libre.

EQUILIBRIO QUÍMICO

A B

Las concentraciones se mantienen constantes en función del tiempo No tienen posibilidad de efectuar trabajo

ESTADO ESTACIONARIOA CB

Las velocidades de producción y degradación se igualan

Tienen capacidad de realizar trabajo

Energía de alimentos

Calor Trabajo

El individuo mantiene su peso constante

Energía química Calor, trabajo

• La Energía libre (G) o energía libre de Gibbs de un sistema, es la parte de la energía total del sistema que esta disponible para realizar  trabajo útil y esta dada por la siguiente relación

• ΔG = ΔH − TΔS

• Esta formula es válida cuando en un sistema particular tiende hacia el equilibrio a temperatura y presión constante, ΔG es la variación en energía libre, ΔH es la variación de entalpia o contenido calórico, T es la temperatura absoluta y ΔS es la variación de entropía del sistema.

ΔG = ΔH − TΔS

• El cambio de energía libre de Gibbs (ΔG) es la función termodinámica más útil para predecir la espontaneidad de una reacción.

• ΔG = ΔH-TΔS

Una reacción es espontánea cuando ΔG es negativo.

La ΔG estándar biológica (ΔGº’):Reacciones que se producirán en las condiciones:1M de concentración de solutos, pH7.0 ([H+]= 10-7 M) 25ºC y1 at de presión.

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DEFINICIONES• ENTALPÍA (H): es la energía en forma de calor,

liberada o consumida en un sistema a ,T y P constantes.

• ENTROPÍA (S): energía no degradada, no utilizada para realizar trabajo.

• ENERGÍA LIBRE (G): energía disponible para realizar trabajo. Es Energía contenida en las moléculas. Representa la energía intercambiada en una reacción química

• En cualquier reacción de un ser vivo la ΔG debe ser menor de cero para que se formen productos.

• La liberación y consumo de energía no tienen que ocurrir al mismo tiempo y en el mismo lugar de la célula.

• Creación de enlaces ricos en energía en forma de compuestos ricos en energía.

COMPUESTOS RICOS EN ENERGÍA

REACCIONES ACOPLADAS

EJEMPLO Fosforilación de la glucosa acoplada a la hidrólisis del ATP

ATP + H2O ADP + fosfato

Glucosa + fosfato Glucosa-6-P + H2O

ElementosUna reacción que libere energía ( DG<O)Una reacción que requiera energía (DG>O)Un intermediario común

REACCION 1

REACCION 1

REACCION 2

DGº´(kJ mol-1) -30,9

+16,7

ATP + glucosa -14,2

REACCION 2

fosfato

Glucosa-6-P + ADP

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ATP• Es el compuesto de alta energía de mayor

importancia en la célula.• El ATP a pH fisiológico se encuentra como ATP4-. Las 4

cargas negativas se encuentran próximas y originan tensiones intramoleculares que desaparecen al hidrolizarse en ADP+Pi o AMP+PPi.

• Además los productos de la hidrólisis se solvatan mejor y se estabilizan por resonancia contribuyendo a disminuir DG y desplazando la reacción hacia la derecha.

• FOSFORILACION A NIVEL DEL SUSTRATO es la síntesis de ATP acoplada a una reacción

exergónica sin intervención de laATP sintetasa

• FOSFORILACION OXIDATIVA Es la fosforilación del ADP con un fosfato inorgánico

gracias a la energía de los protones que atraviesan la membrana interna mitocondrial donde actúa la ATP-sintasa.

ENERGÍA ÚTIL

• -biosíntesis de proteínas

• -biosíntesis de ácidos nucleícos

• -fosforilación de proteínas

• -superrenrollamiento del ADN

• -Conversión de azúcares

• -Conversión de lípidos

• -Transporte activo

CICLO DEL ATP

• Metabolismo basal

• Metabolismo TOTAL

• Variantes: inanición, ejercicio, gestación, lactancia.

• Desequilibrio metabólico: deficiencia nutricional, deficiencia enzimática y desequilibrio hormonal.

METABOLISMO BASAL

Energía necesaria para el desarrollo de las funciones vitales y el

mantenimiento de la temperatura corporal.Condiciones para determinaciónFunciones reducidas

al mínimo reposo muscular (posición acostada) ayuno previo de 12 h despierto y en reposo mental condiciones ambientales que constituyan un microclima térmicamente neutro (20-24 C para un individuo ligeramente vestido)

GRACIAS