Bioquimica II, procesos redox en los seres vivos leyes termodinamica
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LOGORepública Bolivariana de
Venezuela
Universidad Santa María
Facultad de Farmacia
Bioquímica II
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 a
aceptar 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 interna
Q: calor
W: 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
EntropíaLuz solar Produce
La Termodinámica
Célula en crecimiento.
Célula Alrededores
Aumento de Entropía
Universo
Disminución de Energía Libre
La Termodinámica
Si la variación
de Energía
Libre
En 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
Aumento de Entropía
Universo
Disminución de Energía
Libre
La Termodinámica
Célula en Degradación.
Célula Alrededores
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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