Conceptos de transformación energética

TEMA 6 Introducción a la Bioenergética
1. Repaso de conceptos importantes 2. Acoplamiento entre las reacciones endergónicas y exergónicas 3. Sistema ATP/ADP 4. Termodinámica del transporte a través de membrana 5. Teoría quimiosmótica 6. ATP sintasa

Introducción a la Bioenergética
La formación o ruptura de cada biomolécula lleva asociado un cambio de energía. La Termodinámica es el campo dela química que estudia esos cambios de energía. El objetivo de la termodinámica es predecir si una reacción ocurrirá espontáneamente: si continuará sin necesidad de aporte energético una vez ha comenzado. Los sistemas biológicos no vulneran la segunda ley de la termodinámica.

El cambio de energía libre de Gibbs (∆G) es la función termodinámica más útil para predecir la espontaneidad de unareacción.

∆G = ∆H-T∆S
Una reacción es espontánea cuando ∆G es negativo. Concepto de reacción endergónica y exergónica La ∆G estándar biológica (∆Gº’):Reacciones que se producirán en las condiciones: 1M de concentración de solutos. pH 7.0 ([H+]= 10-7 M) 25ºC 1 at de presión

En cualquier reacción de un ser vivo la ∆G debe ser menor de cero para que se formen productos En la reacción A + B ∆GR =∆GRº´ + RT ln C+D
[C] [D] [A] [B]

En el equilibrio, ∆GR = 0 ∆GRº´ = - RT ln Keq Según la concentración de sustratos y productos en la célula (o en un compartimento de ésta), el signo de ∆G puede cambiar

Reacciones acopladas
Muchos procesos bioquímicos endergónicos se realizan gracias al acoplamiento a reacciones exergónicas.
por ejemplo: 1. glucosa-6-P fructosa-6-P 2. fructosa-6-P + ATPfructosa-1,6-bisP + ADP 3. glucosa-6-P + ATP fructosa-1,6-bisP + ADP ∆Gº’(kcal/mol) + 0.4 - 3.4 - 3.0

La reacción total 3 (suma de 1+2) es exergónica. La suma de ∆G1º’ + ∆G2º’ es ∆G3º’ o –3.0 kcal/mol: La reacción completa es espontánea.

Sistema ATP-ADP
ATP suministra energía libre para conducir muchas reacciones endergónicas Los otros nucleósidos trifosfato (GTP, UTP y CTP) puedendirigir reacciones de forma análoga al ATP, aunque el ATP se encuentra en mucha mayor concentración en las células
enlaces anhídrido fosfórico

Adenosina trifosfato (ATP)

La hidrólisis de los enlaces anhídrido fosfórico del ATP desprende gran cantidad de energía libre
* ** *

Adenosina trifosfato (ATP)

ADP

AMP Pirofosfato inorgánico (PPi)

+
Fosfato inorgánico (Pi)

+

∆Gº’
ATP +H2O ATP + H2O AMP + H2O ADP + Pi AMP + PPi Adenosina + Pi -30.5 kJ/mol -32.2 kJ/mol -14.0 kJ/mol

* ** *

Bases estructurales del elevado potencial de transferencia de grupos fosforilo del ATP
Sus productos de hidrólisis (ADP, Pi) están estabilizados por resonancia. Repulsión electrostática del ATP por acumulación de cargas del mismo signo. Estabilización por hidratación de los productos dehidrólisis

ATP

Los enlaces fosfoanhídridos del ATP, se dice que son de alta energía (ricoenergéticos) en el sentido de que liberan gran cantidad de energía cuando se rompen
El acoplamiento de reacciones a la hidrólisis del ATP consiste muchas veces en la transferencia del grupo fosforilo.

Potencial de transferencia del grupo fosforilo
El ATP tiene un potencial de transferencia delgrupo fosforilo intermedio entre las moléculas fosforiladas: buen transportador de grupos fosforilos de una a otras. La creatina fosfato del músculo es una buena reserva de energía: creatina fosfato + ADP
creatina quinasa

ATP + creatina
Potencial de transferencia

¿cómo sintetizan ATP las células?
Fosforilación oxidativa Funciona acoplada a una cadena de transporte de electrones ubicada enuna membrana Se aprovecha (transduce) la energía derivada de la oxidación de nutrientes: cadena de transporte electrónico
mitocondrial.

Se aprovecha la energía de la luz: cadena de transporte
electrónico fotosintética.

Fosforilación a nivel de sustrato Reacciones enzimáticas integradas en rutas metabólicas

Las membranas biológicas estan constituidas por una bicapa de fosfolípidos...