Reacciones acopladas

BIOQUÍMICA: SESIONES 10 y 11 TEMA: BIOENERGETICA I. OBJETIVOS El desarrollo de estos contenidos pretende que los alumnos 1. Revisen los conceptos básicos de termodinámica química 2. Apliquen los conceptos termodinámicos de energía libre, entalpía y entropía a los procesos biológicos que involucran cambios de energía en la célula 3. Sean capaces de calcular los cambios de energía libre (∆ G)asociados a reacciones ∆ bioquímicas II. CONTENIDOS 1. Leyes de la termodinámica. Energía libre (G), entalpía (H) y entropía (S). Espontaneidad termodinámica y ∆ G, reacciones exergónicas y endergónicas 2. Los organismos vivos como sistemas termodinámicos abiertos en Equilibrio Dinámico en Estado Estacionario. Flujo de energía en la biosfera y eficiencia energética de los seres vivos. Vías metabólicas,enzimas, coenzimas , cofactores. Reacciones acopladas y compuestos fosforilados de alta energía. 3. Cambio de energía libre de reacciones bioquímicas en condiciones estándar (∆G’o) y no-estándar (∆ G); ∆ G y Keq., ∆ G y diferencia de potencial estándar (∆ E’o) y no –estándar (∆ E). Ecuación de Nerst. III. LECTURA PREVIA Bioenergética En el sentido más amplio la bioenergética comprende todas lastransformaciones de energía y materia que ocurren en la biosfera. Energía y materia están relacionadas por la ecuación de Einstein : E = mc2 [ Energía = masa x (velocidad de la luz)2] Todas las transformaciones de energía y materia deben cumplir con las leyes de la termodinánica: 1ª Ley: La energía del universo es constante. No se crea ni se pierde, sólo se transforma Ei = energía inicial, Ef =energía final, Q = calor, ∆E = Ei - Ef = Q - W W = trabajo 2ª Ley: Todos los sistemas termodinámicos tienden al equilibrio, es decir, tienden a un estado de máxima entropía o desorden del sistema y de mínima energía libre o capacidad de realizar trabajo Las variaciones de entropía ( ∆ S ) y de energía libre (∆ G ) de un sistema ∆ están relacionadas por la expresión ∆ G = ∆ H - T ∆ S, donde ∆ H es lavariación de entalpía o calor de reacción. Sólo parte del cambio de energía libre se puede aprovechar para realizar trabajo

Todos los sistemas son termodinámicamente irreversibles. ∆G y ∆ S son funciones de estado y dependen del estado inicial y final del sistema y no del camino para llegar al estado final. Sólo los procesos espontáneos pueden realizar trabajo y el signo de ∆G está asociadocon la espontaneidad de un proceso, así tenemos que para procesos que ocurren en condiciones isotérmicas ∆G = 0 proceso en equilibrio, no realiza trabajo ∆G = + proceso no - espontáneo, se realiza trabajo sobre él ∆G = - proceso espontáneo, con capacidad para realizar trabajo Los organismos vivos son sistemas fisicoquímicos altamente ordenados que requieren continuo aporte de materia y energía pararealizar trabajo biológico y mantener sus estructuras, las cuales están en constante recambio. Los organismos vivos se pueden considerar sistemas termodinámicos abiertos polifásicos o heterogéneos, que presentan un equilibrio dinámico en estado estacionario. Los organismos vivos como sistemas altamente ordenados tienen baja entropía y alta energía libre, alejados del equilibrio termodinámico. Paraun organismo vivo el equilibrio termodinámico equivale a la muerte y descomposición, estado de máxima entropía y mínima energía libre. Materia y Energía (Nutrientes) Organismo vivo Materia y Energía ( Desechos)

El continuo aporte de materia y energía en la biosfera genera Flujo de Energía y Ciclo de materiales Flujo de Energía en la biosfera Sol : 4 He 2 H2 + hν ATP Trabajo biológico ADP + PiATP

ADP + Pi 6 CO2 + 6 H2O

C6H12O6 + O2 otros productos de

Clorofila Fotofosforilación

∇ Organismos autótrofos ∆Go = + 686 Kcal / mol ∆ Ho = + 673 Kcal / mol ∆ So = - 43,6 Kcal / mol

6 CO2 + 6 H2O Fosforilación + Calor oxidativa y nivel sustrato ∇ Organismos heterótrofos ∆Go = - 686 Kcal / mol ∆ Ho = - 673 Kcal / mol ∆ So = + 43,6 Kcal / mol

∆Go , ∆ Ho y ∆ So = valores en...