Metabolismo: Suma de transformaciones químicas, catalizadas por enzimas, que se producen en una célula u organismo (vías metabólicas).
FUNCIONES:
Degradar moléculas nutrientes para obtener energía química y para convertirlas en biomoléculas componentes de la célula.
Sintetizar (ANABOLISMO) y degradar (CATABOLISMO) biomoléculas necesarias en funciones especializadas.
Polimerizar precursores monoméricos en macromoléculas.
Introducción:
Es el estudio de los cambios de energía que ocurren en las reacciones bioquímicas
BIOENERGETICA TERMODINAMICA
ENTALPIA (Δ H)
ENTROPIA (Δ S)
REACCIONES BIOLÓGICAS
ENERGIA LIBRE (Δ G)
ENERGÍA LIBRE O ENERGÍA DE GIBBS (G)
Energía intrínseca presente en la molécula
Proporciona información sobre la dirección de la reacción química
GP GR
Reactivos Productos Variación de energía libre (Δ G)
Predice si una reacción es factible o no
Se puede determinar en función de la constante de equilibrio de la Reacción, Ke
Se puede determinar en función de los Potenciales de Reducción (reacciones REDOX)
ΔG = GP - GR
Δ G < 0 Es Factible, el proceso es EXERGÓNICO
Δ G = 0 Proceso en equilibrio, es I SOERGÓNICO
Δ G > 0 NO Es Factible, el proceso es ENDERGÓNICO
RELACIÓN ENTRE ΔG Y CONSTANTE DE EQUILIBRIO
aA + bB cC + dD Keq = [C] c * [D] d
[A]a * [B]b
ΔG = - RT ln Keq
En condiciones fisiológicas:
Δ G´ = Δ Go´ + RT ln Keq´
ΔGo
Δ Go´
ΔG = cal/mol
R = 1,987 cal /º K mol T = ºK
En condiciones estándar: 25º C, 1 atm presión,
[R] y [P] = 1 M
25º C, 1 atm presión,
solución acuosa con [H2O] constante
pH = 7
Relación entre ΔG’º y K’eq
Reactivos Productos
Keq´ > 1 Δ Go´ < 0 EXERGÓNICA
Reactivos Productos
Keq´ < 1 Δ Go´ > 0 ENDERGÓNICA
Reactivos Productos
Keq´ = 1 Δ Go´ = 0 ISOERGÓNICA
Δ Go´ = - RT ln Keq´
en el equilibrio ΔG ´= 0
REACCIONES REDOX
Cede e- E < 0 Acepta e- E > 0
Oxidación: Dona e- Reducción: Acepta e-
Ocurren simultáneamente
Se trabajan como medias reacciones
Potencial de Reducción (E)
Reacciones de OXIDO-REDUCCION
Se escriben como Reducciones A+ + e- A
H- e-
e-
Cu+2 Fe+2 e- Fe+3 Cu+1
A H B A BH
C H3 R- O2
e-
C H2OH R-
e- H e- H B A H2 B H A H A B H2
REACCIONES REDOX BIOLÓGICAS
En condiciones estándar: 25º C, 1 atm presión,
[H = 1 M Eº (H) = 0,00 V Eo
En condiciones fisiológicas: 25º C, 1 atm presión,
pH = 7 Eº (H) = - 0,42 V
Eo´
RELACIÓN ENTRE ΔG Y POTENCIALES DE REDUCCION
Ecuación de Nerst
ΔEº ´= RT
nF
ln Keq´
Δ Go´ = - RT ln Keq´
Energía Libre estándar
Δ Go´ = - nF Δ Eo´
n = nº de e- transferidos
F = 23060 cal /V . mol
ACOPLAMIENTO ENERGÉTICO DE LAS REACCIONES BIOQUÍMICAS
Δ G < 0
Factible, EXERGÓNICO
Δ G > 0
NO Es Factible, ENDERGÓNICO
ACOPLAMIENTO ENERGÉTICO DE LAS REACCIONES BIOQUÍMICAS
A B C D
ΔGo´1 ΔGo´2 ΔGo´3
Las ΔGo´ de reacciones secuenciales son aditivas
A D ΔGo´1 + ΔGo´2 + ΔGo´3 ΔGo´total =
Las reacciones exergónicas espontáneas se acoplan a reacciones endergónicas para que éstas tengan lugar
Glucosa + Pi Glucosa 6P + H2O ΔGo´ = +3,2 Kcal/mol
ATP + H2O ADP + Pi Δ Go´=-7,3 Kcal/mol
Glucosa + ATP Glucosa 6P + ADP Δ Go´=-4,3 Kcal/mol
Fosforilación de la glucosa: EJEMPLO Glucosa + ATP Glucosa 6P + ADP
COMPUESTOS RICOS EN ENERGÍA
Liberan la energía mediante hidrólisis y transferencia de grupo (rotura del enlace rico en energía ~)
Son aquellos que ceden una energía < -30 K kJ/mol (- 7 Kcal/mol) (potencial de transferencia de grupo)
Potencial de transferencia de grupo:
Capacidad de un compuesto para ceder “el grupo” a otra sustancia. Se mide por la energía libre desprendida en la hidrólisis del enlace de alta energía.
ATP + H2O ADP +Pi ΔGo´ = -7,3 Kcal/mol.
ATP + H2O AMP +PPi ΔGo´ = -8,2 Kcal/mol.
VALORES DE G°´ DE HIDRÓLISIS
ATP ADP + Pi -30,5 -7,3
ADP AMP + Pi -32,8 -7,8
Fosfocreatina Creatina + Pi -43,0 -10,3
ATP AMP + PPi -45,6 -10,9
1,3-bisfosfoglicerato 3-fosfoglicerato + Pi -49,3 -11,8
fosfoenolpiruvato piruvato + Pi -49,3 -11,8
glucosa-1-P glucosa + Pi -20,9 -5,0
PPi 2Pi -19,2 -4,0
fructosa-6-P fructosa + Pi -15,9 -3,8
glucosa-6-P glucosa + Pi -13,8 -3,3
AMP adenosina + Pi -14,2 -3,4
glicerol-P glicerol + Pi -9,2 -2,2
Acetil-CoA Acetato + CoA -31,4 -7,5
COMPUESTO PRODUCTOS G’º
(kJ/mol) (kcal/mol)
ESTRUCTURA DEL ATP
Fosfato
enlaces ricos en
energía
Adenosina
(nucleósido)
Adenosina-trifosfato (ATP)
(nucleótido)
Adenina (base nitrogenada)
Ribosa (azúcar)
Factores que determinan el potencial de Transferencia del ATP
1. REPULSIÓN : disminuye al separarse un grupo fosfato
2. Estabilizado por RESONANCIA
3. IMPEDIMENTO ESTÉRICO (por la cantidad de oxígenos en cada átomo de fósforo)
El carácter dual del nucleótido FOSFATO DE ADENINA como donador (ATP) y aceptor (ADP) definen su papel central como ·transferidor” de fosfatos en el metabolismo
ATP = moneda energética universal
Alta densidad de cargas de igual signo ( negativa )
GRUPOS TRANSFERIDOS
1. GRUPOS FOSFATOS
1.a. Nucleótidos (ATP, GTP, UDP, CTP) 1.b. Acil-fosfatos.
ATP,
Ácido 1,3 di-fosfo-glicérico
1. c. Enol-fosfatos
Fosfoenol pirúvico
1. d. Fosfatos guanidas (fosfágenos).
creatin fosfato