Documento de Bioquimica

1. Diapositiva tomada del Texto Paralelo de Eder Bladimir Blanco Martínez

2. ¿POR QUÉ LOS SERES VIVOS SE
RELACIONAN CON LA ENERGÍA Y
SU METABOLISMO?
La nutrición es el conjunto de los procesos
mediante los cuales los organismos
incorporan materia y energía al interior de
sus células, las transforman en otras
sustancias o en otro tipo de energía y
excretan los productos de desecho
resultantes.

3. El estudio de las oxidaciones productoras
de energía abarca tres aspectos:
 1.El tipo y la naturaleza de las sustancias
capaces de oxidarse.
 2.El mecanismo de oxidación de dichas
sustancias.
3.La utilización de la energía liberada en estas
reacciones.

4. En base a lo anterior iniciaremos
expresando lo siguiente: el flujo
de energía a través del mundo
biótico comienza con la captura
de la energía radiante del sol con
el proceso de la fotosíntesis.

5. El flujo de energía en los seres vivos

6. En el mundo vivo se distinguen tres
procesos de transformación de
energía:
1. En la fotosíntesis la energía radiante del sol se
transforma en energía química, que queda almacenada
en los enlaces de los carbohidratos y otras
moléculas
complejas
sintetizadas.
2. Mediante la respiración celular esta energía pasa a
una nueva forma que son los enlaces fosfato
producidos en la degradación escalonada de la glucosa
y
otras
moléculas.

7. 3. El trabajo celular se produce cuando la
energía química de los enlaces fosfato es
utilizada por la célula para realizar un trabajo.
Este trabajo puede ser muscular (contracción
muscular),
eléctrico
(impulsos
nerviosos), osmótico ( transporte de moléculas
en contra de un gradiente de concentración) o
químico (síntesis de nuevas moléculas para el
crecimiento de la célula o el almacenamiento de
energía).

8. Veamos a continuación el
diagrama del flujo de la
energía en el metabolismo

12. Estados de la energía
• Energía potencial:
energía almacenada
• Energía cinética:
energía de movimiento

13. TRANSFORMACIÓN DE LA
ENERGIA
•
•
•
•
Potencial en cinética
Eléctrica en mecánica
Química en térmica
Iónica en eléctrica: movimiento de iones a
través de la membrana
• Radiante en química: formación de almidón a
partir de CO2 + H2O+ luz solar

15. Termodinámica
• Estudio de los cambios energéticos y el flujo
de energía en un sistema
• Las leyes de termodinámica no sólo gobiernan
los cambios energéticos en una reacción, sino
que proveen las herramientas que permiten
predecir si la reacción será o no espontánea

16. Leyes de la Termodinámica
• 1ra. Ley Conservación de la energía: la energía
no se crea ni se destruye, solo se transforma
• 2da. Ley Todos los sistemas tienden al
equilibrio: La inercia de todo sistema tiende a ir
del orden al desorden
• Los eventos del universo proceden cuesta abajo
para minimizar su contenido de energía libre

17. • Cuando se alcanza el contenido mínimo de
energía en un sistema, se dice que el sistema
está en equilibrio
• En una reacción química los reactantes se
convierten en productos, y viceversa.
REACTANTES
Glucógeno
PRODUCTOS
Glucosas libres

18. REACCION ESPONTÁNEA

19. ENERGIA LIBRE DE GIBBS
Es la energía disponible para realizar
trabajo.

20. ENTALPIA
Cantidad de calor liberado o
absorbido en un sistema durante un
proceso a presión constante

21. ENTROPIA
Medida de la aleatoriedad o del
desorden de un sistema

22. ¿Cómo cambia la entropía de un sistema
para cada uno de los siguientes procesos?
a)Congelamiento del a) De líquido a sólido, por lo
alcohol
que el sistema adquiere un
orden mayor, por lo que
b) Evaporación de
ΔS<0
bromo líquido en un
b) De líquido a vapor.
recipiente a T˚
ambiente
ΔS>0
c) Disolución de
c) Una disolución esta más
sacarosa en agua
desordenada que sus
componentes ΔS>0

23. Equilibrio Químico
• Las reacciones químicas también tienden al
equilibrio, éste se establece cuando las
velocidades de las reacciones directa e
inversa son iguales
A + B
C + D
Reacción directa
Reacción inversa

24. Equilibrio químico
• Las dos reacciones ocurren a igual velocidad
K1 [A][B] = K2 [C][D]
• Por tanto: en equilibrio hay una proporción
predecible entre la concentración de productos y
reactantes
K1 / K2 = [C][D] / [A][B]

25. Constante de equilibrio Keq
• Es la razón que se establece entre la
concentración de los reactivos y de los
productos en el equilibrio
Keq = K1 / K2 = [C][D] / [A][B]
• Esta permite predecir la dirección a la que
una reacción ocurre espontáneamente

26. Cálculo de la Keq
• Se realiza dividiendo la concentración de
los productos entre la concentración de los
reactivos:
K eq [C] [D]
[A] [B]

27. Valores de la Keq
• Keq > 1 concentración de productos mayor que
concentración de reactantes. La reacción favorecida es
hacia la derecha (reacción directa)
• Keq < 1 concentración de reactivos mayor que
concentración de productos. La reacción favorecida es
hacia la izquierda (reacción inversa)
• Keq = 0 concentración de reactivos igual a
concentración de productos

28. Energía libre
• Es la energía disponible para trabajo celular
• La relación entre la energía y el desorden puede
explicarse a partir de la siguiente ecuación:
DG = DH - T DS
• DH = cambio en entalpía (medida del cambio de
calor entre los reactivos y productos de la reacción)
• DS = cambio en entropía (medida del cambio en el
desorden de los reactivos y productos)
• T = temperatura en ºKelvin

29. Energía libre
• La variación de G es la que determina el carácter
espontáneo de una reacción química
• En los procesos espontáneos la energía libre del sistema
disminuye, el valor final de G es menor que el inicial
y, por tanto, DG es negativa
• Tal disminución (DG<0) puede ser debida a: una baja
del contenido energético H (DH<0), un aumento del
desorden (DS>0) o a ambos

30. Energía libre
• El resultado final de ese balance entre
energía y desorden es el responsable de la
espontaneidad de la reacción
• Si T· DS es mayor que DH aunque el
proceso sea endotérmico (DH>0) será
espontáneo (DG<0)

31. Procesos exergónicos y
endergónicos
• Los procesos pueden ocurrir con la absorción o
liberación de energía, que usualmente se
manifiesta en forma de calor y/o de trabajo
• Los procesos que liberan energía son
favorecidos, ocurren espontáneamente
• Los procesos que absorben energía no son
favorables, ocurren cuesta arriba

32. Reacciones exergónicas y
endergónicas
• Reacción exergónica
–
–
–
–
Reacción química que es espontánea
Libera energía al entorno
Su Keq es > 1
Su DGº < 1 (negativa)
• Reacción endergónica
–
–
–
–
Reacción química que ocurre cuesta arriba
Necesita energía para ocurrir
Su Keq es < 1
Su DGº > 1 (positiva)

34. METABOLISMO
• Conjunto de reacciones bioquímicas que
ocurren en un organismo, incluyendo su
coordinación, regulación y necesidades
energéticas
• El metabolismo es un proceso de
transformación de energía donde el
catabolismo proporciona la energía
requerida para el anabolismo

35. METABOLISMO
• Ruta metabólica: secuencia de reacciones que tienen un
propósito particular
• Metabolitos: compuestos formados como intermediarios en el
metabolismo. Son productos de una reacción y, a la
vez, sustratos de la próxima
• Metabolismo Intermediario: reacciones que se llevan a cabo en
la célula y que implican procesos de degradación y síntesis que
generan productos intermediarios en cada etapa de reacción.

37. CATABOLISMO
• Ruta metabólica de degradación de macromoléculas
(grasas, carbohidratos y proteínas) en moléculas más
simples
• Se dan los procesos de oxidación y formación de los
cofactores reducidos NADH, NADPH y FADH2
• Se libera la energía química (procesos exergónicos) y se
produce ATP a partir de ADP
• Hay convergencia de rutas metabólicas

38. ANABOLISMO
• Ruta metabólica de biosíntesis o construcción
macromoléculas (proteínas, DNA, etc.) a partir de
moléculas precursoras más pequeñas
• Se dan los procesos de reducción y formación de los
cofactores oxidados NAD+, NADP+ y FAD+
• Requiere de energía (procesos endergónicos) por lo
que se consume ATP
• Hay divergencia de rutas metabólicas

39. Mecanismos para el intercambio de
Energia en los Sistemas Vivos
• Transferencia del grupo fosforilo
ATP-ADP
Cada fosforilacion o desfosforilación
intercambian 7.3Kcal/mol.
• Reacciones Redox
• Pares Redox:
NADP+/NADPH, NAD+/NADH, FAD+/
FADH2

40. Transferencia de Energía
• La forma de intercambio energético en los
organismos vivos es la molécula de
ATP, el transportador universal de energía
en las siguientes actividades celulares:
– Síntesis molecular
– Producción y eliminación de compuestos
– Flujo de información (núcleo~citoplasma)
– Movimiento de vesículas y bombeo iónico

41. LA MOLÉCULA DEL ATP
Es la principal molécula de alto contenido
energético que conecta las reacciones
productoras de energía con las que la
necesitan
Donde se necesita energía, el ATP es el principal
encargado de donarla, rompiéndose el enlace fosfato. Pero
será preciso resintetizar otra vez el ATP, en otros
procesos, generándose un ciclo sin fin en los seres vivos.

42. En los procesos OXIDATIVOS se libera
energía, parte de la cual es utilizada para la
síntesis de ATP:
ADP + Pi --------------------------> ATP (
G0' = +7.3 kcal/mol)
Otros procesos, por contra, precisan un
aporte de energía, suministrada por el
ATP, con lo que existe un ciclo del ATP en
muchos procesos biológicos.

43. Su estructura es responsable de su
capacidad como intermediario
energético en las reacciones
biológicas, ya que le confiere un G0'
muy negativo para su hidrólisis.
Por ello, el ATP posee una elevada
capacidad de transferencia de restos
fosfato.

44. Adenosín trifosfato (ATP) que es el principal vehículo
de energía celular.

45. Transferencia de
Energía
• Fosfato de alta
energía
ATP
Adenosín Trifosfato
libera energía
ADP
Adenosín Difosfato

46. Adenosín monofosfato cíclico (AMP-c) que actua
como segundo mensajero.
-

47. OTROS COMPUESTOS FOSFORILADOS DE
ALTO CONTENIDO ENERGÉTICO
COMPUESTO
G0' de Hidrólisis
(kcal/mol)
Fosfoenol-piruvato
-14.8
Carbamil-fosfato
Fosfocreatina
ATP ( --------> ADP + Pi)
ADP ( --------> AMP + Pi)
AMP (---------> Adenosina
+ Pi)
Glucosa-6-fosfato
Glicerol-1-fosfato
-12.3
-10.3
-7.3
-7.3
-3.4
-3.3
-2.2

48. Existen otros nucleótidos trifosfato con estructura
similar a la del ATP y semejante ΔG0' de
hidrólisis. Se encuentran a concentraciones inferiores
a las del ATP
COMPUESTO
NOMBRE
UTP, UDP
Uridina-tri (di) fosfato
GTP, GDP
Guanidina-tri (di) fosfato
CTP, CDP
Citosina-tri (di) fosfato

49. Reacciones de óxido-reducción
• Son las reacciones que implican cambios
en el estado electrónico de los reactantes.
• Estos cambios se acompañan de
ganancia o pérdida de electrones.
Oxidación
Fe2+
Fe°
Reducción

50. Reacciones de óxido-reducción
• Las formas reducidas de estos nucleótidos
se originan mediante la oxidación de los
combustibles celulares en el catabolismo.
• Serán utilizadas en:
– reacciones de biosíntesis
– transferencia de energía en reacciones
endergónicas
• Se reoxidan de nuevo, originando un ciclo
de oxidación/reducción

51. Son procesos en los que tiene lugar la
transferencia de electrones y/o protones y
son cruciales en el metabolismo celular, por
dos razones:
1) Los seres vivos obtienen la mayoría de
su energía libre a partir de la oxidación de
ciertos compuestos bioquímicos como
glúcidos, lípidos y ciertos aminoácidos.
2) Muchos procesos biosintéticos implican
la reducción de dobles enlaces

52. En ambos casos los electrones y
protones deben poseer una
considerable energía libre, cosa
que ocurre en ciertos nucleótidos:
los pares
NADP+/NADPH, NAD+/NADH y
FAD/FADH2

53. - Nicotín adenín dinucleótido (NAD) que actúa
como coenzima en reacciones de oxidaciónreducción.

55. Un resumen de todo esto puede verse en el siguiente
esquema, en el que se señalan los flujos de energía en
el metabolismo celular.

56. Interrelaciones Metabólicas
Comprenden la integración de todos los
órganos, que usan y generan combustibles e
interactúan para mantener un equilibrio
dinámico adecuado a las diversas situaciones
que enfrenta el organismo en el transcurso de
la vida. Este equilibrio dinámico se refiere no
solo a la adecuada distribución de los
componentes energéticos sino también al
apropiado abastecimiento y eliminación de los
diferentes metabolitos, productos de la
función celular.