Bioquimica II, procesos redox en los seres vivos / leyes termodinamica
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LOGO República Bolivariana de Venezuela Universidad Santa María Facultad de Farmacia Bioquímica II Oxidación y reducción en los sistemas vivientes . Potencial redox estándar. Leyes te rmodinámicas. Integrantes: Godoy Jockselin Valentín Chirma Valverde Génesis
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LOGORepública Bolivariana de Venezuela
Universidad Santa MaríaFacultad de Farmacia
Bioquímica II
Oxidación y reducción en
los sistemas vivientes .
Potencial redox estándar.
Leyes termodinámicas.
Integrantes:
Godoy Jockselin
Valentín Chirma
Valverde Génesis
Reacciones Oxido-Reducción .
La oxidación es la eliminación de electrones e- de un átomo o una molécula, una reacción que a menudo produce energía.
Ej. figura 5.9
Reacciones Oxido-Reducción en los sistemas vivientes
En los sistemas vivos, las reacciones que capturan energía (fotosíntesis) y las reacciones que liberan energía (glucólisis y respiración), son reacciones de oxidación-reducción.
Cadena Transportadora
En ambas reacciones existe una cadena transportadora de electrones, formada por una serie de complejos enzimáticos, entre los que destacan los citocromos; estos complejos enzimáticos aceptan (se reducen) y ceden (se oxidan) pares de electrones de una manera secuencial, de tal manera que el primero cede electrones al segundo, éste al tercero, etc., hasta un aceptor final que se reduce definitivamente; durante su viaje, los electrones van liberando energía que se aprovecha para sintetizar enlaces de alta energía en forma de ATP.
oxidación-reducción
Tal vez los procesos de oxidación-reducción más importantes son los que sustentan la vida en este planeta. Obtenemos la energía para realizar todas nuestras actividades físicas y mentales metabolizando alimentos por medio de la respiración.
El pan, como muchos otros alimentos que ingerimos, se compone en gran parte de carbohidratos. Si representamos los carbohidratos por el sencillo ejemplo que es la glucosa (C6H12O6), podemos escribir la ecuación
global de su metabolismo como sigue:
C6H12O6 + 6 O2 6CO2 + 6 H2O + energía
En la respiración se emplean el oxígeno del aire, que a su vez es un producto de la fotosíntesis oxigenica, y se desecha dióxido de carbono.
Este proceso se lleva a cabo constantemente en el hombre y en los
animales. El carbohidrato se oxida durante el proceso.
oxidación-reducción
Por otra parte, las plantas necesitan dióxido de carbono y agua, a partir de los cuales producen carbohidratos y el oxígeno, necesario luego para la respiración aeróbica.
La energía necesaria proviene del Sol, y el proceso se conoce como fotosíntesis. La ecuación química es:
6CO2 + 6H2O + energía C6H12O6 + 6 O2
Si Observa con atención este proceso que se lleva a cabo en el interior de las plantas es exactamente el inverso del proceso que ocurre en los animales, la fotosíntesis requiere energía, mientras que la respiración aerobia la libera.
oxidación-reducción
Los carbohidratos que se producen por fotosíntesis son la fuente última de todos nuestros alimentos, porque los peces, las aves y otros animales se alimentan ya sea de plantas o de otros animales que comen plantas. La fotosíntesis, además de suministrar todos los alimentos que ingerimos, también proporciona todo el oxigeno que respiramos.
En la naturaleza se llevan a cabo muchas reacciones de oxigeno (en las que el oxigeno se reduce). La reacción neta de la fotosíntesis es única en cuanto a que es una reducción natural del dióxido de carbono (en la que el oxigeno se oxida). Muchas reacciones que ocurren en la naturaleza consumen oxigeno. La fotosíntesis es el único proceso natural que lo produce.
La fotosíntesis
La fotosíntesis ocurre en dos fases o reacciones : la reacción o fase luminosa y la reacción o fase oscura.
¿ Que es la fotosíntesis?
La fotosíntesis
Fase luminosa
Esta es la fase en que los pigmentos junto con una cadena de transportadores de electrones captan la energía solar que servirá para producir ATP y compuestos reducidos.
La energía lumínica se convierte en energía química, lo que origina dos tipos de moléculas: el transportador de energía, ATP, y el transportador de electrones NADPH.
La fotosíntesis
Fase oscura
La fase oscura de la fotosíntesis, es un conjunto de reacciones independientes de la luz (mal llamadas reacciones oscuras aunque pueden ocurrir tanto de día como de noche) que convierten el dióxido de carbono, el oxigeno y el Hidrogeno en glucosa estas reacciones. A diferencia de las reacciones lumínicas (fase luminosa o fase clara), no requieren la luz para producirse (de ahí el nombre de reacciones oscuras). Estas reacciones toman los productos generados de la fase luminosa (principalmente el ATP y NADPH) y realizan más procesos químicos sobre ellos.
La fermentación
Es un proceso catabólico de oxidación incompleta, totalmente anaeróbico, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones
La fermentación es un proceso que:
1. Libera energía a partir de azucares u otras moléculas orgánicas, como aminoácidos, ácidos orgánicos , purinas y pirimidinas.2. No necesita oxigeno (pero a veces tiene lugar en su presencia).3. No necesita recurrir al ciclo de Krebs ni a una cadena transportadora de electrones.4. Utiliza una molécula orgánica como aceptor final de electrones.5. Solo produce pequeñas cantidades de ATP
La Respiración Celular
La respiración es un proceso mediante el cual las sustancias orgánicas se degradan y la energía puede ser usada por las células en forma de ATP. La glucosa es la molécula orgánica combustible usada con mayor frecuencia por la célula, y su metabolismo depende de la presencia o ausencia de oxigeno.
Tipos de respiración celular:
• Respiración anaeróbica: la energía se obtiene de las moléculas orgánicas sin utilizar oxigeno.
• Respiración aeróbica: se requiere la presencia del oxigeno molecular para la liberación de energía.
La Respiración Celular
Ejemplo:
Respiración anaerobia en microorganismos: las levaduras y algunos grupos de bacterias obtienen energía a través de las fermentaciones, que originan productos de gran interés, como el alcohol y ciertos ácidos orgánicos.
La fermentación alcohólica es producida por muchos tipos de levaduras y su reacción global es:
La Respiración Celular
La respiración aerobia comprende una serie de reacciones químicas, a través de las cuales las sustancias orgánicas son degradadas a CO2 y H2O en presencia de oxigeno molecular:
Este proceso produce 38 moléculas de ATP. Si se compara con las dos moléculas de ATP generadas en la respiración anaerobia, se determina que la respiración aerobia es mas eficiente para obtener energía.
Catabolismo de los hidratos de carbono
La mayoría de los microorganismos oxidan hidratos de carbono como fuente principal de energía celular.
El hidrato de carbono que las células utilizan con mayor frecuencia como fuente de energía es la glucosa.
Para generar energía a partir de la glucosa los microorganismos recurren a dos procesos generales: la respiración celular y la fermentación. El paso inicial de estos dos procesos por lo general es el mismo ( la glucolisis) pero a partir de la glucolisis las vías metabólicas siguen caminos diferentes.
La respiración celular de la glucosa consta de tres estados principales: glucolisis, ciclo de Krebs y cadena transportadora de electrones.
Catabolismo de los hidratos de carbono
1) La glucolisis es la oxidación de la glucosa para formar acido pirúvico, con la producción de cierta cantidad de ATP, NADH que contiene energía.
2) El ciclo de Krebs es la oxidación de la acetil CoA (un derivado del acido pirúvico) para formar CO2, con la producción de cierta cantidad de ATP, NADH que contiene energía y otro transportador de electrones reducido denominado FADH2 (la forma reducida de la flavina adenina dinucleótido).
3) La cadena transportadora de electrones es responsable de la oxidación de NADH y FADH2, que transfieren los electrones que transportan desde los sustratos a una ``cascada´´ de reacciones de oxidación y reducción en las que participan otros transportadores de electrones .
Potencial redox estándar
Una forma de cuantificar si una sustancia es un fuerte agente oxidante o un fuerte agente reductor, es utilizando el potencial de oxidación-reducción o potencial redox. De los agentes reductores fuertes pueden decirse que tienen un alto potencial de transferencia de electrones.
Potencial Estándar de Reducción (Eo)
* Los potenciales estándares de reducción de varios pares redox puede ser listada cuantitativamente, desde los valores más negativos de Eo hasta los más positivos.
* Mientras más negativo sea el potencial estándar de reducción de un par redox, Eo, será mayor la tendencia del componente reductor de dicho par a perder electrones.
Potencial redox estándar
* Mientras más positivo sea el potencial estándar de reducción de un par redox, Eo, será mayor la tendencia del componente oxidante de dicho par aaceptar electrones.* Por lo tanto, los electrones viajarán desde el par con Eo mas negativo, hacia el par con Eo más positivo. ΔGo está relacionado con ΔEο* El cambio en energía libre esta directamente relacionado con la magnitud del cambio en Eo:
ΔGo = - n F ΔEo ○
n = número de electrones transferidos○ F = Constante de Faraday (23.1 kcal/volt .mol)○ ΔEo = Eo del par aceptor de electrones menos el Eo del par donador de electones○ ΔGo = Cambio en la energía libre estándar
Potencial redox estándar
Potenciales de Reducción estándar (Seleccionados)
Semi-Reacción E°’ (V)
Succinato + CO2 + 2e- → α-cetoglutarato -0.67
NAD+ + H+ + 2e-→ NADH -0.32
FAD + 2H+ + 2e-→ FADH2 (coenzima libre) -0.22
Fumarato + 2H+ + 2e- → succinato +0.03
Citocromo c (Fe3+) + e-→ citocromo c (Fe2+) +0.23
½ O2 + 2H+ + 2e-→H2O +0.82
La Termodinámica
¿Qué es?
Es el estudio de la energía. Términos Generales
- Entropía:el calor en movimiento puede poner en movimiento a la materia. El calor solo se mueve en una dirección, desde la temperatura alta hasta la temperatura baja. La ley de crecimiento de entropía dirige a la materia del orden al desorden.
S= Q / T
La Termodinámica
Términos Generales
- Sistema y Entorno:El sistema es una porción del universo que aislamos para su estudio, esta porción puede ser real o imaginaria.El entorno es todo lo que rodea a el sistema.
- Entalpía:Es la cantidad de energía de un sistema termodinámico, que esté puede intercambiar con su entorno.
- Energía Libre de Gibbs (energía libre o entalpía libre):
Es un potencial termodinámico, que da la condición de equilibrio y de espontaneidad para una reacción química.
ΔG= ΔH – T . ΔS
La Termodinámica
Primera Ley de la Termodinámica
“ La energía no se crea, ni se destruye, solo se transforma”
ΔU: Energía internaQ: calorW: trabajo
¿Cómo ingresa la energía en el organismo vivo?
La Termodinámica
Dieta Total (KJ)
69 gramos Proteínas 1180
76 gramos Grasas 2987
300 gramos Glúcidos 5130
Cantidad total de energía que ese organismo recibió fue de 9297 KJ
Energía Liberada: calorimetría directa 9207 KJ
La única condición que debemos poner es que el individuo mantenga su peso constante
La Termodinámica
Segunda Ley de la termodinámica.
“ Todo proceso espontáneo resulta de un incremento neto de entropía o desorden del sistema más los alrededores”.
DSu = DSs + DSalr
No nos referimos exclusivamente al sistema, sino un desorden en el universo.
La Termodinámica
Los organismos vivos presentan un alto grado de orden.
Nutrientes
Calor
Aumento de Entropía
Luz solar Produce
La Termodinámica
Célula en crecimiento.
Célula Alrededores
- Disminución deEntropía
- Aumento deEnergía Libre
- Aumento de Entropía
- Disminución de Energía Libre
Aumento de EntropíaUniverso
Disminución de Energía Libre
La Termodinámica
Si la variación de Energía
LibreEn un Proceso
D G > 0 No espontáneo
D G < 0 Espontáneo
D G = 0 Equilibrio
Relación de la ΔS con la ΔG
ΔG= – T . ΔS
ΔG= ΔH – T . ΔS
La Termodinámica
Célula en Estado Estacionario.
Célula Alrededores
- EntropíaConstante
- Energía LibreConstante
- Aumento de Entropía
- Disminución de Energía Libre
Aumento de EntropíaUniverso
Disminución de Energía Libre
La Termodinámica
Célula en Degradación.
Célula Alrededores
- Aumento de Entropía
- Disminución de Energía Libre
- EntropíaConstante
- Energía LibreConstante
Aumento de Entropía Universo
Disminución de Energía Libre
La Termodinámica
En conclusión, la primera Ley de la termodinámica cuantifica los cambios de energía interna y la segunda Ley de la termodinámica indica si esas transferencias son o no posibles y da una orientación de como las energías son transferidas.
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