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BIOENERGÉTICA Y METABOLISMO
● ESTUDIA LAS TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS QUE ACOMPAÑAN LOS CAMBIOS
FÍSICOS Y QUÍMICOS DE LA MATERIA.
● SUS PRINCIPIOS SE UTILIZAN PARA EVALUAR EL FLUJO Y LOS INTERCAMBIOS
DE MATERIA Y ENERGÍA.
BIOENERGÉTICA
● RAMA DE LA TERMODINÁMICA.
● ESTUDIA LAS TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS QUE OCURREN EN LOS SERES
VIVOS.
● TRATA LAS DIFERENCIAS ENERGÉTICAS ENTRE LOS ESTADOS FINAL E INICIAL
DE LOS PROCESOS O REACCIONES BIOQUÍMICAS EN EL METABOLISMO.
● METABOLISMO:
○ CONJUNTO DE REACCIONES CATALIZADAS POR ENZIMAS QUE OCURREN EN UN
ORGANISMO VIVO O CÉLULA. ● PERMITE DETERMINAR LA DIRECCIÓN O CUANTÍA DE LAS REACCIONES BIOQUÍMICAS. ○ REACCIONES AFECTADAS POR: ■ ENTROPÍA ■ ENTALPÍA. ■ ENERGÍA LIBRE.
ENERGÍA
● CAPACIDAD DE PRODUCIR CAMBIO.
● SE MIDE POR LA CANTIDAD DE TRABAJO REALIZADO DURANTE UN PERIODO DE
CAMBIO.
● NO SE DEFINE EN TÉRMINOS DE TAMAÑO, FORMA Y MASA.
● EXISTE EN NUMEROSAS FORMAS:
○ QUÍMICA. ○ POTENCIAL. ○ COMBUSTIÓN.
TERMODINÁMICA
● PÉRDIDA DE CALOR.
● CUANDO LA ENERGÍA SE TRANSFORMA DE UNA FORMA A OTRA,SIEMPRE HAY UNA
CANTIDAD QUE SE TRANSFORMA EN CALOR.
REACCIONES QUÍMICAS NO FAVORABLES O ESPONTÁNEAS
● TRANSPORTE DE MEMBRANAS.
● CRECIMIENTO Y DIVISIÓN CELULAR.
● REACCIONES QUE GENERAN ORDEN.
PANORAMA GENERAL DEL CATABOLISMO
DE LOS NUTRIENTES EN EL HUMANO
● SON COMPUESTOS REDUCIDOS DE ALTA ENERGÍA.
● PROCESOS DE COMBUSTIÓN PERMITEN EL ALMACENAJE DE ESTA PARA SER
UTILIZADA PARA TRABAJO CELULAR.
FLUJO DE ENERGÍA EN EL UNIVERSO
● LA CÉLULA ES UN SISTEMA QUE QUEMA COMBUSTIBLES EN PRESENCIA DE O2.
○ PARTE DE ESTA ENERGÍA SE LIBERA A LA ATMÓSFERA EN FORMA DE CALOR. ○ OTRA PARTE SE UTILIZA PARA REALIZAR TRABAJO ÚTIL.
● PROCESO MÁS EFICAZ CUANTO MENOS CALOR EMITE AL AMBIENTE Y MÁS
RENDIMIENTO DE TRABAJO CONSIGA.
● SI EL PROCESO ES TERMODINÁMICAMENTE FAVORABLE, PODRÁ OCURRIR SI
EXISTEN LAS CONDICIONES ÓPTIMAS PARA ESTO.
● REACCIONES SOLO OCURREN SI HAY SUFICIENTE ENERGÍA PARA EL SISTEMA.
○ REACCIONES CINÉTICAMENTE FAVORABLES.
FUNCIONES DE ESTADO
ENTALPÍA, ENTROPÍA, ENERGÍA LIBRE
● FUNCIÓN DE ESTADO:
○ MAGNITUD FÍSICA MACROSCÓPICA QUE CARACTERIZA AL ESTADO DE UN SISTEMA EN EQUILIBRIO. ● PROPIEDAD TERMODINÁMICA QUE SOLO DEPENDEN DE LOS ESTADOS ENERGÉTICOS INICIAL Y FINAL, SON INDEPENDIENTES DE LAS VÍAS UTILIZADAS PARA IR ENTRE AMBOS ESTADOS. ○ EJ. CAMBIOS DE ENTALPÍA, DE ENTROPÍA Y DE ENERGÍA LIBRE. ● LAS FUNCIONES VARÍAN DEPENDIENDO DE LA VÍA UTILIZADA EN EL PROCESO, COMO EL CALOR Y EL TRABAJO, NO SON FUNCIONES DE ESTADO.
INTERCAMBIO DE ENERGÍA
[SISTEMA Y SUS ALREDEDORES]
● SE PRODUCE DE DOS FORMAS:
○ CALOR [MOVIMIENTO DESORGANIZADO] ■ MOVIMIENTO MOLECULAR ALEATORIO, PUEDE TRANSFERIRSE AL SISTEMA O FUERA DE ÉL [TEMPERATURAS DIFERENTES]. ○ TRABAJO [MOVIMIENTO ORGANIZADO] ■ EL SISTEMA PUEDE REALIZAR TRABAJO SOBRE SU ENTORNO O VICEVERSA [UNA FUERZA MUEVE UN OBJETO].
T1>T
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
H- ENTALPÍA O CALOR A PRESIÓN CONSTANTE
CONTENIDO DE CALOR INTERNO DEL SISTEMA REACCIONANTE A PRESIÓN CONSTANTE
H=E+PV
● PV: TRABAJO DE PRESIÓN VOLUMEN
○ TRABAJO REALIZADO SOBRE O POR UN SISTEMA QUE IMPLICA VARIACIONES DE PRESIÓN Y VOLUMEN. ● SISTEMAS BIOQUÍMICOS ○ OCURREN A PRESIÓN CONSTANTE Y LOS CAMBIOS DE VOLUMEN SON INSIGNIFICANTES.
▵ H= ▵ E ● CAMBIOS DE ENTALPÍA SON IGUAL A LOS CAMBIOS DE ENERGÍA INTERNA. ● VARIACIÓN DE ENERGÍA TOTAL DE UN SISTEMA BIOLÓGICO = CALOR PRODUCIDO O ABSORBIDO POR EL SISTEMA [ENERGÍA EN FORMA DE CALOR].
CAMBIOS DE ENTALPÍA [CALOR]
● ▵ H (-) O MENOR QUE CERO ○ LA REACCIÓN LIBERA CALOR AL ENTORNO Y SE DENOMINA EXOTÉRMICO. ● ▵ H (+) ○ LA REACCIÓN ABSORBE CALOR DEL ENTORNO Y SE DENOMINA ENDOTÉRMICA. ● ▵ H (+) ○ PROCESO ISOTÉRMICO. ○ NO SE INTERCAMBIA CALOR CON EL ENTORNO.
LOS CAMBIOS DE ENTALPÍA NO DICEN NADA DE LA VELOCIDAD DE LA REACCIÓN, SOLO DEL FLUJO DE CALOR
ENTALPÍA [H] DE UN REACTIVO O PRODUCTO
FUNCIÓN DE ESTADO
● PUEDE UTILIZARSE LA VARIACIÓN DE ENTALPÍA DE CUALQUIER REACCIÓN QUE
FORME DICHA SUSTANCIA PARA CALCULAR ▵ H DE UNA REACCIÓN QUE LA INVOLUCRE.
▵ H = ∑ ▵ H PRODUCTOS ∑ ▵ H REACTIVOS
○ PROCESO ESPONTÁNEO. ○ AUMENTA ENTROPÍA DEL UNIVERSO.
● ▵ Suniv (-)
○ NO SE PRODUCE EL PROCESO. ○ TIENE LUGAR EL PROCESO INVERSO DE FORMA ESPONTÁNEA.
● ▵ Suniv =
○ NO TIENDE A PRODUCIRSE NINGÚN PROCESO.
LOS ORGANISMOS QUE ESTÁN EN EQUILIBRIO CON SU ENTORNO ESTÁN MUERTOS
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
ENERGÍA LIBRE DE GIBBS
VERDADERO CRITERIO DE ESPONTANEIDAD
▵ G = ▵ H - T ▵ Ssis
[A TEMP Y P CTE]
● ▵ H (-)
○ LIBERACIÓN DE ENERGÍA DURANTE LA REACCIÓN.
● ▵ S (+)
○ INCREMENTO DE LA ALEATORIEDAD O DESORDEN DEL SISTEMA.
○ SI T ▵ Ssis ES SUFICIENTEMENTE GRANDE, ▵ G SERÁ NEGATIVO Y AUMENTARÁ ▵ Suniv [REACCIÓN FAVORABLE]. ○ ▵ Suniv = ▵ Ssist + ▵ Sent
CAMBIO DE ENERGÍA LIBRE DE GIBBS
● MÁXIMO TRABAJO ÚTIL QUE PUEDE OBTENERSE DE UN PROCESO.
● FUNCIÓN MÁS CONVENIENTE PARA PREDECIR ESPONTANEIDAD.
● DEPENDE DE LA RELACIÓN ENTRE ENTALPÍA Y ENTROPÍA.
G (-) PROCESO EXERGÓNICO Y ESPONTÁNEO
▵ DISMINUYE ENERGÍA LIBRE
● OCURRE CUANDO ▵S (+) O MUY GRANDE - PROCESO ESPONTÁNEO.
▵ G (+) PROCESO ENDERGÓNICO Y NO ESPONTÁNEO
AUMENTA ENERGÍA LIBRE
▵ G = 0 PROCESO EN EQUILIBRIO
● ▵G NO PROPORCIONA INFORMACIÓN SOBRE LAS VELOCIDADES EN REACCIÓN.
▵ G = ▵ H - T ▵ Ssis
● LAS MAGNITUDES Y SIGNOS ▵ S Y ▵ G INDICAN LA DIRECCIÓN DEL PROCESO.
● ▵ Gº NO FAVORABLE.
● ENDERGÓNICO, NO ESPONTÁNEO.
REACCIONES ACOPLADAS, SECUENCIALES
● LA ENERGÍA LIBRE DE UNA REACCIÓN [EXERGÓNICA] ES UTILIZADA PARA
CONDUCIR/DIRIGIR UNA SEGUNDA REACCIÓN [ENDERGÓNICA].
● LAS REACCIONES ACOPLADAS REPRESENTAN REACCIONES LIBERADORAS DE
ENERGÍA ACOPLADAS A REACCIONES QUE REQUIEREN ENERGÍA.
▵ Gº’ GLOBAL = ▵ Gº’ REACCIÓN 1 + ▵ Gº’ REACCIÓN 2
= 1.7 kJ/mol - 14.2 kJ/mol
= -12.5 kJ/mol
▵ Gº’ GLOBAL = ▵ Gº’ REACCIÓN 1 + ▵ Gº’ REACCIÓN 2
ATP
● TIENE UN POTENCIAL DE TRANSFERENCIA DE GRUPOS FOSFATOS MEDIO.
● TRANSPORTADOR INTERMEDIARIO DE GRUPOS FOSFATOS DE COMPUESTOS DE
ENERGÍA ELEVADA A COMPUESTOS DE MENOR ENERGÍA.
METABOLISMO
● SUMA DE TODAS LAS REACCIONES QUÍMICAS [VÍAS, RUTAS] QUE OCURREN EN LAS
CÉLULAS, TEJIDOS U ÓRGANOS DE UN ORGANISMO.
● ACTIVIDAD CELULAR ALTAMENTE COORDINADA, SISTEMÁTICA, INTENCIONADA, EN
LA QUE INTERVIENEN MULTITUD DE SISTEMAS ENZIMÁTICOS QUE CONDUCEN AL
INTERCAMBIO DE MATERIA Y ENERGÍA CON EL MEDIO AMBIENTE.
VÍAS ANABÓLICAS [SÍNTESIS]
● SINTESIS DE MOLECULAS COMPOEJAS A PARTIR DE PRECURSORES PEQUEÑOS
[AA,AZÚCARES, AG].
● SON ENDERGÓNICAS, NECESITAN ENERGÍA QUÍMICA YA QUE AUMENTA EL ORDEN Y
LA COMPLEJIDAD [ATP].
● PROCESO DIVERGENTE QUE OCURRE EN TRES ETAPAS
○ EJ. SÍNTESIS DE POLISACÁRIDOS Y DE PROTEÍNAS A PARTIR DE AZÚCARES Y AA.
VÍAS CATABÓLICAS [DEGRADACIÓN]
● SE DEGRADAN LAS MOLÉCULAS COMBUSTIBLES GRANDES Y COMPLEJAS DE LOS
ALIMENTOS [SE FRAGMENTAN Y OXIDAN] A PRODUCTOS MÁS SENCILLOS Y
PEQUEÑOS.
● LIBERAN ENERGÍA, UNA PARTE ES CAPTURADA PARA REALZAR LAS REACCIONES
ANABÓLICAS [ATP].
● PROCESO CONVERGENTE QUE OCURRE EN TRES ETAPAS
ATP ES EL PUENTE ENERGÉTICO ENTRE EL CATABOLISMO Y EL ANABOLISMO
VÍAS ANFIBÓLICAS [SÍNTESIS Y DEGRADACIÓN]
● ENERGÍA LIBRE DE OXIDACIÓN DE NADH Y FADH2 SE UTILIZA EN EL SISTEMA
DE TRANSPORTE DE ELECTRONES PARA BOMBEAR PROTONES HACIA EL ESPACIO
INTERMEMBRANOSO
● LA ENERGÍA PRODUCIDA CUANDO ESTOS PROTONES VUELVEN A ENTRAR EN LA
MATRIZ MITOCONDRIAL SE UTILIZA PARA SINTETIZAR EN LA ATP. ESTE
PROCESO SE CONOCE COMO FOSFORILACIÓN OXIDATIVA.
UBICACIÓN DE LAS VÍAS METABÓLICAS
INTERACCIÓN ENTRE ORGÁNULOS CELULARES
INTERRELACIONES GENERALES DEL METABOLISMO DE LOS
NUTRIENTES
