Bioenergética y Termodinámica: Principios, ATP, Reacciones Redox

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD
ESCUELA DE ENFERMERIA
BIOQUIMICA
TEMA:
PRINCIPIOS DE LA BIOENERGÉTICA Y TERMODINÁMICA
INTEGRANTES:
CAIZAGUANO VERÓNICA
MONTUFAR MÓNICA
CUBI LAURA
PÁGALO MARÍA
SINALUISA NATALY
CHIMBO DORIS
YANZA VIVIANA
GALARZA MAYRA
COORDINADOR: MÓNICA MONTUFAR
CORREO: [email protected]
SEMESTRE: SEGUNDO ¨A¨
FECHA: 05-12-2012
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ÍNDICE
Temas…………………………………………………………………….Pág.
INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………….4
OBJETIVO GENERAL…………………………………………………………………...5
OBJETIVOS ESPECÍFICOS……………………………………………………………5
TEMAS GENERALES:
Bioenergética y termodinámica………………………………………………………….6
Trasferencia de grupos fosforilo y ATP………………………………………………...8
Reacciones de oxidación- Reducción Biológicas……………………………………11
TEMAS ESPECIFICOS:
 Las Leyes De La Termodinámica Y Las Relaciones Cuantitativas Entre
Energía Libre………………………………………………………………………6
 Las Trasformaciones Biológicas De Energía Obedecen Las Leyes De La
Termodinámica……………………………………………………………………6
 Sistema Reaccionante metabolismo……………………………………………7
 Variación De Energía Libre Real………………………………………………..7
 Transferencia De Grupos Fosforilo Y ATP…………………………………….8
 Variación De La Energía Libre En La Hidrolisis De La ATP Es Grande y
Negativa……………………………………………………………………………8
 ATP Proporciona Energía Por Transferencia
De Grupo No Por Simple
Hidrólisis……………………………………………………………………………9
 El ATP Dona Grupos Fosforilo Pirofosforilo y Adenililo………………………9
 El ATP Aporta Energía Para El Transporte Activo Y La Concentración
Muscular………………………………………………………………………….10
 Reacciones de oxidación reducciones biológicas…………………………...10
 El Flujo De Electrones Puede Realizar Trabajo Biológico………………….11
 El NADH Y El NADPH Y FAD………………………………………………….12
 Conclusiones…………………………………………………………………….13
 Recomendaciones………………………………………………………………13
 Vocabulario………………………………………………………………………14
 Anexos……………………………………………………………………………15
 Bibliografía……………………………………………………………………….16
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INTRODUCCIÓN
La bioquímica estudia la base molecular de la vida. En los procesos vitales
interaccionan un gran número de sustancias de alto peso molecular o
macromoléculas con compuestos de menor tamaño, dando por resultado un
número muy grande de reacciones coordinadas que producen la energía que
necesita la célula para vivir, la síntesis de todos los componentes de los
organismos vivos y la reproducción celular.
Conocer a detalle la estructura de varias proteínas ha sido muy útil en la
elucidación de los mecanismos de las reacciones enzimáticas. Prácticamente
todas las reacciones que integran el metabolismo son reacciones enzimáticas.
Las
reacciones
que
constituyen
el
metabolismo
están
localizadas
en
determinadas estructuras celulares que forman unidades discretas que se llaman
organelos. Las reacciones se llevan a cabo en los lugares en donde se
encuentran las enzimas que las catalizan.
La Bioenergética es la parte de la biología muy relacionada con la física, que se
encarga del estudio de los procesos de absorción, transformación y entrega de
energía en los sistemas biológicos. En general, la Bioenergética se relaciona con
la Termodinámica, en particular con el tema de la Energía Libre.
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OBJETIVO GENERAL:
 Establecer un conocimiento
claro y preciso sobre la bioenergética y
termodinámica, la transferencia de grupos fosforilo y ATP, Reacciones de
oxidación- reducción biológicas.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
 Entender la energía en términos bioquímicos
 Conocer la estructura del ATP como moneda de intercambio energético
 Conocer el origen de las moléculas de ATP
 Comprender las reacciones acopladas de oxidación y reducción
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BIOENERGÉTICA Y TERMODINÁMICA
La bioenergética es el estudio de las transformaciones de energía que tienen
lugar en la célula, y de la naturaleza y función de los procesos químicos en los
que se basan esas transformaciones, las cuales siguen las leyes de la
termodinámica
Antoine Lavoisier reconoce que de algún modo los combustibles químicos se
obtienen de los alimentos. Lo cual manifiesta que la respiración no es más que
una
combustión (consumo) de carbono e hidrogeno, que es similar a lo que
ocurre
en una lámpara encendida que necesita de energía para su
funcionamiento, así todos los seres que respiran son verdaderos cuerpos
combustibles que consumen y se queman así mismo en este caso nuestro
combustible es la alimentación.
Organismos Autótrofos: Son aquellos que pueden utilizar el CO2 como fuente
de carbono (bacterias, vegetales)
Organismos Heterótrofos: obtienen carbono de moléculas orgánicas complejas
(animales, microorganismos)
LAS LEYES DE LA TERMODINAMICA Y LAS RELACIONES
CUANTITATIVAS ENTRE ENERGIA LIBRE.
Es el estudio cuantitativo de las transducciones (es la transformación de un tipo
de señal o energía en otra de distinta naturaleza.) de energía que tienen lugar en
células vivas y de la naturaleza.
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Energía es la capacidad para realizar un trabajo. A pesar que existen varias
formas de energía: química.
Potencial: es la capacidad de realizar trabajo como resultado de su estado o
posición.
Cinética: es la energía del movimiento, puede existir en forma de calor, luz.
LAS TRASFORMCIONES BIOLOGICAS DE ENERGIA OBEDECEN LAS
LEYES DE LA TERMODINAMICA.
Muchas observaciones realizadas por físicos y químicos sobre las diferentes
formas dan como resultado dos leyes fundamentales de la termodinámica.
1.- Principio de la conservación de energía: la cantidad de energía
en el
universo permanece contante, la energía puede cambiar de forma o puede ser
transportada de una región a otra pero no puede ser creado y destruido.
2.- Ley de la termodinámica: Se le puede enunciar de diferentes maneras que
el universo tiende siempre a un aumento del desorden en todos los procesos
naturales físicos y químicos aumentan la empatía (desorden).
En pocas palabras los organismos vivos conservan su orden interno, tomando
de su entorno energía libre en forma de nutrientes o de luz solar y devolviendo
al entorno una igual cantidad de energía en forma de el calor y antro pía.
SISTEMA REACCIONANTE
Es el conjunto de materia que experimenta estos procesos químicos o físicos
puede ser un organismo o una célula también se puede dar en un laboratorio,
algunos
de estos pueden desarrollarse
de manera aislada donde
no hay
intercambio de materia ni energía.
La energía libre de Gibbs.- Es la cantidad de energía capaz de realizar trabajo
durante una reacción a temperaturas y presión constantes.
La entalpía H.- Contenido calórico del sistema reaccionante refleja el número y
clase de enlaces químicos en los reactivos y productos.
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La Entropía (desorden).- Es el desorden de un sistema cuando los productos
de una reacción son menos complejos y mas desordenados.
VARIACION DE ENERGIA LIBRE REAL
Esta depende de las concentraciones de reactivos y productos hay que tener
cuidado en distinguir dos cantidades diferentes la variación de energía libre y
estándar, cada reacción química tiene una variación de energía libre estándar.
Características: Pueden ser positivas o negativas o cero, según cuál sea la
constante de equilibrio de reacción.
Variación de energía libre estándar: Es la dirección y hasta qué punto debe
transcurrir determinada reacción para alcanzar el equilibrio, este principio de
bioenergética explica porque una reacción termodinámicamente
puede ser impulsada en el sentido
desfavorable
directo acoplándola una reacción muy
exergónica (Una reacción exergónica es una reacción química donde la variación
de la energía libre de Gibbs es negativa.) a través de un intermediario común.
Del intermediario común es empleado por todas las células vivas en la síntesis de
intermediarios metabólicos y componentes celulares solo funciona cuando se
dispone de compuestos tales como el ATP de forma continua.
TRANSFERENCIA DE GRUPOS FOSFORILO Y ATP
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ATP:
Es una moneda de energía que enlaza anabolismo y catabolismo y cede parte de
su energía química a procesos endergonicos tales como la síntesis intermediarios
metabólicos y macromoléculas, las células heterotróficas obtienen energía
química. Consiste en una molécula orgánica asociada a una cadena de 3 fosfatos.
VARIACIÓN DE LA ENERGIA LIBRE EN LA HIDROLISIS DE LA ATP ES
GRANDE Y NEGATIVA
En la mayor parte de las reacciones químicas en que el ATP actúa aportando
energía, el único cambio que esta molécula experimenta, es la escisión (o
"hidrólisis") del fosfato terminal.
La regeneración de ATP, por lo tanto, consiste en la reincorporación de este
fosfato a una molécula que previamente lo había perdido (la llamada ADP) con la
consiguiente eliminación de una molécula de agua.
Esta reacción de regeneración no ocurre espontáneamente, sino que a expensan
de una considerable cantidad de energía.
Gran parte de esta energía puede recuperarse en la reacción inversa, es decir, el
paso de ATP a ADP y fosfato. Con algunas restricciones podemos imaginarnos el
ATP como un resorte comprimido y al ADP como un resorte relajado en donde la
energía ya se ha liberado.
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Surge aquí una noción de gran importancia en bioquímica: aquella de
acoplamiento que podría formularse en términos de que sólo es posible que el
ATP "ayude" energéticamente un proceso a través de una reacción química en
que intervenga alguno de los elementos participantes en el proceso. De ahí el
papel fundamental de las enzimas que aceleran estas reacciones en la economía
energética de los organismos.
EL ATP APORTA ENERGIA PARA EL TRANSPORTE ACTIVO Y LA
CONCENTRACION MUSCULAR.
El ATP puede suministrarse la energía para transportar un ion o una molécula a
través de una membrana u otro compartimiento acuoso en donde su
concentración es superior. Los procesos de transporte son grandes consumidores
de energía, en el riñón y el cerebro humano, por ejemplo hasta dos tercios de la
energía consumida en reposo es utilizado para bombear Na y K a través de las
membranas plasmáticas la NA+ K+ ATP.
Cada siglo del proceso de transporte da lugar a la conversión de ATP en ADP y P
es la variación de energía libre de la hidrólisis del ATP la que impulsa los cambios
cíclicos en la conformación de la proteína que da lugar al bombeo electro génico
de NA+ y K+
En el sistema contráctil de las células del musculo esquelético, la miosima y la
actinia están especializadas en el transducción de la energía química del ATP en
movimiento.
REACCIONES DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN BIOLÓGICAS
El movimiento de electrones en las cadenas de transporte electrónico implica una
oxidación (compuesto que pierde electrones) y
una reducción simultanea
(compuesto que acepta electrones)
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Para que un compuesto se oxide es necesario que otro se reduzca, es decir la
oxidación de Un compuesto siempre va acoplada a la reducción de otro.
Frecuentemente la pérdida o ganancia de electrones va acompañada de la
pérdida o ganancia de hidrogeniones (H+), de forma que el efecto neto es la
pérdida o ganancia de Hidrógenos.
EL FLUJO DE ELECTRONES PUEDE REALIZAR TRABAJO BIOLÓGICO.
Este flujo de electrones en las reacciones de óxido-reducción es el responsable,
directa o indirectamente, de todo el trabajo hecho por los organismos vivos.
Así, en los organismos que no hacen fotosíntesis la fuente de electrones son
compuestos reducidos, mientras que en los organismos fotosintéticos, el donador
de electrones inicial es una especia química excitada por acción de la luz solar.
Ejemplo:
Las oxidaciones son des-hidrogenaciones y las reducciones son Hidrogenaciones,
la mayoría de las oxidaciones y reducciones biológicas son de este tipo. Las
oxidaciones, también se denominan combustiones y en ellas se desprende
energía mientras que en las reducciones se requiere un aporte energético.
Los procesos de oxido-reducción tienen gran importancia en el metabolismo,
porque muchas de las reacciones del catabolismo son oxidaciones en las que se
liberan electrones; mientras que muchas de las reacciones anabólicas son
reducciones en las que se requieren electrones.
Los electrones son transportados desde las reacciones catabólicas de oxidación
en las que se libera, hasta las reacciones anabólicas de reducción en las que se
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necesitan. Este transporte lo realizan principalmente 3 coenzimas: NAD+, NADP y
FAD.
NAD+: Di nucleótido de nicotina mida y adenina más conocido como nicotina mida
adenín dinucleótido; abreviado NAD+ en su forma oxidada y NADH en su forma
reducida, es una coenzima Su función principal es el intercambio de electrones e
hidrogeniones en la producción de energía de todas las células.
NADP : La nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (abreviada NADP+ en su
forma oxidada y NADPH+ en su forma reducida) es una coenzima que interviene
en numerosas vías anabólicas.
FAD: El flavín adenín dinucleótido o dinucleótido de flavina-adenina (abreviado
FAD en su forma oxidada y FADH2 en su forma reducida. Es una coenzima que
interviene en las reacciones metabólicas de oxidación-reducción.
Estas coenzimas no se gastan, ya que actúan únicamente como intermediarios,
cuando captan los electrones se reducen y al cederlos se oxidan regenerándose
de nuevo.
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CONCLUSIONES
 Se logro establecer la bioenergética y termodinámica como actúa en la
naturaleza.
 Logramos Identificar las variaciones libres estándar.
 Determinamos como funciona el ATP
RECOMENDACIÓN
 Como personal de enfermería es muy importante el estudio de la
bioenergética ya que debemos tener un amplio conocimiento de las
transformaciones de energía que tienen lugar en la célula, naturaleza y
función
de
los procesos químicos en los que
se
basan
esas
transformaciones, las cuales siguen las leyes de la termodinámica y así
podemos darnos cuenta del funcionamiento del cuerpo que determina el
estado de salud de cada persona ya que este funcionamiento depende de
la correcta regulación de factores bioquímicos.
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VOCABULARIO
ANTROPÍA.-
En termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es una
magnitud física que permite, mediante cálculo, determinar la parte de la energía
que no puede utilizarse para producir trabajo.
ENDERGONICOS.- Son aquellos procesos químicos que requieren aporte de
energía para poderse realizarse.
REDUCCION Y OXIDACION.- Toda reacción química en la que uno o más
electrones se transfieren entre los reactivos, provocando un cambio en sus
estados de oxidación.
FLAVO-PROTEÍNAS.-Son proteínas que contienen un nucleótido derivado de la
vitamina B2: la flavín adenín di nucleótido FAD) o flavín mono nucleótido (FMN).
DES-HIDROGENACIÓN.-Pérdida de átomos de hidrógeno (generalmente un par)
por parte de una molécula orgánica.
GRUPO PROSTÉTICO: Es el componente no aminoacídico que forma parte de la
estructura de las proteínas conjugadas.
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BIBLIOGRAFIA
 Robert Muray, harper – Bioquimica, 17ed, manual moderno, 2007
 David L. Nelson Lehniger: Principios de Bioquimica 5ª edición, 2007 omega
2007
 Werner Muller, ESTERL, Bioquimica, fundamentos patra medicina y
ciencias de la vida, Varcelona: reverté, 2008
LINCOGRAFIA
 http://www.slideshare.net/dicoello/principios-bioenergeticos
 http://www.slideshare.net/dicoello/principios-bioenergeticos
 http://www.saludmed.com/CsEjerci/NutDeptv/BioquiEj/Bioq_NuD.hm
 http://es.scribd.com/doc/56494361/16/PARA-LA-BIOENERGETICAHAY-DOS-PRINCIPIOS-BASICOS
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