2. «Para sobrevivir, los humanos tenemos que
consumir alimentos, que es una forma ordenada de
energía y convertirlo en calor, que es una forma
desordenada de energía».
Stephen Hawking.
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3. NECESIDADES ESENCIALES DE LAS
CELULAS.
• Constituyentes esenciales de la célula
1.Moléculas indispensables
2.Catalizadores que aceleren las reacciones=
enzimas
3.Información para dirigir actividades =ADN ARN
4.Energía para impulsar actividades
5.La capacidad para obtener, utilizar y almacenar
energía es de hecho una de las características
mas evidentes de los seres vivos
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4. MATERIA Y ENERGIA
• Materia: todo lo que tiene masa, volumen y
ocupa un lugar en el espacio.
• Energía: La capacidad de un sistema para
realizar un trabajo.
• Clases de Energía: mecánica, eléctrica,
potencial, química, calorífica, lumínica, etc.
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5. BIOENERGETICA
• La bioenergética o termodinámica es:
Capacidad de causar cambios específicos.
• El estudio de los cambios de energía que
acompañan a las reacciones bioquímicas, o sea
el estudio del uso y de las transformaciones
energéticas en los sistemas vivos.
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6. – MUERTE POR INANICIÓN, SE AGOTAN LAS
RESERVAS
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7. • MUERTE POR OBESIDAD ALMACENAMIENTO
EXCESIVO DE ENERGIA
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8. LEYES DE LA TERMODINAMICA
Primera Ley o principio de la conservación de la energía: En
cualquier cambio físico o químico, la cantidad total de
energía del universo permanece constante.
Segunda Ley: En todos los procesos la entropía del universo
se incrementa o la entropía de un sistema aislado tenderá
a aumentar hacia un valor máximo.
Los organismos vivos capturan energía de su ambiente
porque no la pueden crear y la cambian a otras formas que
puedan utilizar para hacer trabajo.
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9. ALGUNAS DEFINICIONES
Entalpía
H o entalpía, expresa el contenido de calor en una
reacción a presión constante, se mide como la
diferencia entre:
H(productos) – H(reactivos) = H
Cuando se libera calor se dice que es una reacción
exotérmica y H es negativo ya que el contenido de
calor de los productos es menor que los reactivos; si la
reacción absorbe calor del medio se habla de una
reacción endotérmica y
H es positivo. H es equivalente a E cuando no hay
cambios de volumen.
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10. Energía Libre
G o energía libre de Gibbs, expresa la cantidad de
energía capaz de realizar trabajo, se mide como la
diferencia de energía entre
G(productos) – G(reactivos) = G,
si G es negativo se dice que es una reacción
exergónica, si G es positivo la reacción es endergónica.
Entropía
S o entropía, es una magnitud del desorden en un
sistema, cuando los productos son menos complejos y
más desordenados que los reactivos la entropía
aumenta,
S(productos) – S(reactivos) = S
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11. REACCION EXERGONICA
– Reacción química que es cuesta abajo
– Es espontánea
– Libera energía al entorno
– Su Keq es > 1
– Su DGº < 1 (negativa)
– Reacciones de oxidación
– Pérdida de electrones
– Ganancia de Oxígeno
– Pérdida de H
– CATABOLISMO
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12. REACCION ENDERGONICA
– Reacción química que ocurre cuesta arriba
– No es espontánea
– Necesita energía para ocurrir
– Su Keq es < 1
– Su DGº > 1 (positiva)
– Reacciones de reducción
– Ganancia de electrones
– Pérdida de Oxígeno
– Ganancia de H
– ANABOLISMO
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SISTEMAS ENDERGÓNICOS Y
EXERGÓNICOS
Energía
libre
Endergónica
Exergónica
A + C B + D + Calor
Energía
química
Calor
A
D
B
C
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INTRODUCCIÓN
• La mayor parte de la energía
metabólica la proporcionan las
reacciones de oxidación -reducción,
que ocurre en las mitocondrias.
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16. Funciones de las mitocondrias
• Síntesis del ATP
• Coenzimas reducidas al fosfato
• Transporte de electrones
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17. • Los vegetales capturan la energía lumínica
del sol a las células través del proceso de
fotosíntesis y la convierten en energía
química que es almacenada en los enlaces
químicos de las moléculas orgánicas.
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18. OXIDACIONES BIOLÓGICAS
• Hace 2000 millones de años, los procariotas (cianobacterias),
comenzaron a crear una atmósfera oxigenada.
• El oxígeno que producían como producto de deshecho de la
fotosíntesis desencadenó una verdadera revolución en el
mundo vivo.
• Los organismos aerobios modernos transforman la energía del
enlace químico de las moléculas de alimentos, en energía del
enlace del ATP empleando oxígeno como aceptor final de los
electrones procedentes de los alimentos.
• La utilización de oxígeno por parte de los organismos aerobios
proporciona enormes ventajas si los comparamos con formas
de vida anaerobias, debido a que la oxidación aerobia de
nutrientes tales como glucosa y ácidos grasos, proporciona una
cantidad de energía sustancialmente mayor que la fermentación.
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19. • La enorme diferencia de capacidad generadora de energía
entre los organismos aerobios y anaerobios está
directamente relacionada con las propiedades físicas y
químicas del oxígeno.
• La primera de ellas es que el oxígeno se encuentra en toda la
superficie de la tierra.
• La segunda es que el oxígeno difunde fácilmente a través de
las membranas celulares, cosa que no ocurre con otros
aceptores de electrones.
• Por último, la molécula de oxígeno es muy reactiva de modo
que acepta fácilmente los electrones.
• Esto también se relaciona con otra propiedad del oxígeno que
es su tendencia a formar metabolitos tóxicos.
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20. EN LOS SISTEMAS REDOX
LOS CAMBIOS DE ENERGÍA LIBRE
PUEDEN EXPRESARSE EN TÉRMINOS DEL
POTENCIAL DE
OXIDACIÓN – REDUCCIÓN
LAS ENZIMAS QUE INTERVIENEN EN LOS
PROCESOS REDOX
SE DENOMINAN
OXIDORREDUCTASAS
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21. Oxidorreductasas
Catalizan reacciones de oxido- reducción
Ared + Box Aox + Bred
A : es el reductor o dador electrónico; en el curso de la
reacción se oxida (pierde electrones)
B : es el oxidante o aceptor electrónico; en el curso de la
reacción se reduce (gana electrones)
En las reacciones redox, siempre tienen que estar
presentes a la vez el aceptor y el dador electrónico.
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22. LAS ENZIMAS Y EL PROCESO REDOX
• Las enzimas participan en oxidaciones
y reducciones designándose como
Oxidorreductasas.
Clasificación.
Oxidasas.
Deshidrogenasas.
Hidroperoxidasas.
Oxigenasas.
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23. 20/11/2019 23
OXIDASAS
• Desempeñan acciones importantes en la
respiración.
• Catalizan la eliminación del hidrógeno de
un sustrato mediante la utilización del
oxígeno como aceptor del hidrógeno.
• Forman agua o peróxido de hidrógeno.
• Algunas oxidasas contienen cobre y otras
son flavoproteinas.
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24. • Gran parte de los sustratos oxidados en el
organismo sufren deshidrogenación.
• Las reacciones de deshidrogenación son
catalizadas por las
ENZIMAS DESHIDROGENASAS
• En estas reacciones el hidrógeno es captado por
una coenzima.
• Las coenzimas pueden ser:
- Nicotinamida (NAD o NADP)
- Flavina (FAD o FMN).
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25. 20/11/2019 25
DESHIDROGENASAS
• No pueden utilizar el oxígeno como
aceptor del hidrógeno:
• Transfiere el hidrógeno de uno a otro
sustrato.
• componente en una cadena respiratoria
de transporte de electrones hacia el
oxígeno a partir de un sustrato.
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26. 20/11/2019 26
HIDROPEROXIDASA
• Protegen el cuerpo de los peróxidos
dañinos.
• En esta categoría se hallan dos tipos de
enzimas: peroxidasas y catalasas.
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27. 20/11/2019 27
OXIGENASAS
• Catalizan la incorporación del oxígeno a
una molécula de sustrato.
• Participan en la síntesis o degradación
de muchos metabolitos.
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28. DISTINTAS FORMAS EN QUE LA CELULA
PUEDE TRANSFERIR ELECTRONES
1.- Transferencia de 1 e-: Fe +++ Fe++
2.- Transferencia de un átomo de hidrógeno:
(H+ + e-): AH2 + B A + BH2
3.- Transferencia de un ion Hidruro (:H-)
AH2 + NAD+ → A + NADH + H+
4.- Transferencia de e- desde un reductor
orgánico al oxígeno:
R-CH3 + ½ O2 RCH2-OH
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29. Oxidaciones y Generación de Energía Celular
Durante el metabolismo celular se producen oxidaciones de los
sustratos metabólicos (con la concomitante reducción de
intermediarios) y estas reacciones se utilizan para obtener energía.
Un compuesto que se oxida cede electrones (reductor)
Un compuesto que se reduce recibe electrones (oxidante)
Ejemplo: Fe2+ + Cu2+ Fe3+ + Cu1+
Hay dos semi reacciones:
Fe2+ Fe3+ + 1e- oxidación
Cu2+ + 1e- Cu1+ reducción
Al igual que los ácidos y las bases, siempre que hay una oxidación
(perdida
de electrones) debe haber una reducción (ganancia de electrones).
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30. OTROS TRANSPORTADORES DE
ELECTRONES
- QUINONAS LIPOSOLUBLES UBIQUINONA Y
PLASTOQUINONA: transportan electrones ubicándose
en el medio apolar de las membranas.
- PROTEÍNAS FERROSULFURADAS
- CITOCROMOS: poseen grupos prostéticos fuertemente
unidos que experimentan oxidación y reducción
reversibles.
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31. Desde el punto de vista químico
OXIDACIÓN
• Ganancia de oxígeno
• Pérdida de electrones
• Pérdida de hidrógeno
REDUCCIÓN
• Pérdida de oxígeno
• Ganancia de electrones
• Ganancia de hidrógeno (en
compuestos orgánicos)
El uso principal del OXÍGENO es en la RESPIRACIÓN
Y ESTE ES EL PROCESO POR EL CUAL LAS CÉLULAS
OBTIENEN ENERGÍA EN FORMA DE ATP
Este principio de OXIDO- REDUCCIÓN se aplica a los sistemas
bioquímicos y es un concepto importante para la comprensión
de la naturaleza de las oxidaciones biológicas.
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FOSFATOS DE ALTA ENERGÍA
• Desempeñan una función importante en la
captura y transferencia de energía.
• ATP, transferencia de la energía libre hacia
los procesos endergónicos a partir de los
exergónicos.
ATP
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EL ATP Y SU ACOPLAMIENTO
• El ATP permite el acoplamiento de las
reacciones termodinámicamente
desfavorables con las favorables.
• Vía glucolítica:
Glucosa + Pi G-6-P + H2O (Exergónica).
ATP ADP + Pi (Endergónica).
Glucosa +ATP G-6-P + ADP.
35. ES EL PRINCIPAL INTERMEDIARIO DE
ALTO CONTENIDO ENERGÉTICO
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38. 20/11/2019 38
SISTEMA DE OXIDACIÓN
• Fumarato Succinato
• Citocromo b Fe+3 / Fe+2
• Ubicuinona Ox./red.
• Citocromo c1 Fe+3 / Fe+2
• Citocromo a Fe+3 / Fe+2
• Oxígeno Agua
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39. NAD+ + 2e- + H+ NADH
E´o = - 0.320 V
Molécula que participa en las
reacciones redox intracelulares
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40. Flujo de electrones en las oxido-
reducciones biológicas
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40
41. 20/11/2019 41
Citocromo P-450
• Hidroxilación
de muchos
fármacos.
• Catalizan las
hidroxilacion
es esteroides.
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42. 20/11/2019 42
Radical libre
• El potencial tóxico del oxígeno es la
formación de H2O2.
• Explica la toxicidad del oxígeno.
• El superóxido se forma cuando las
flavinas reducidas (xantina oxidasa) se
reoxidan de manera univalente
mediante el oxígeno molecular.
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43. • Ácidos grasos + Oxidación H2O2(Peróxido de Hidrógeno
• H2O2 O- + Na+ O Na O- (RADICAL
LIBRE)
Extracelular Peróxido de Sodio
• H2O2 O- + K+ O K O- (RADICAL LIBRE)
Intracelular Peróxido de Potasio
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44. 20/11/2019
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IMPORTANCIA BIOMÉDICA
• Para desarrollar los procesos
normales el organismo necesita del
combustible adecuado, caso
contrario puede producirse por
ejemplo:
Inanición.
Marasmo.
Obesidad.
Químicamente la oxidación se define como la pérdida de electrones y la reducción como la ganancia de ellos.
En consecuencia la oxidación está siempre acompañada por la reducción de un aceptor de electrones.
Este principio de OXIDO- REDUCCIÓN se aplica a los sistemas bioquímicos y es un concepto importante para la comprensión de la naturaleza de las oxidaciones biológicas.
La vida de los animales superiores depende en forma absoluta del suministro de oxígeno.
