1Metabolismon Totalidad de las reacciones qumicas que ocurren en los organismosn Trayectos metablicosReacciones Anablicassntesis, consumen energa.Catablicasdegradacin, liberan energa.Rxns qumicasn Factores que determinan el destino de una reaccin:n Direccinn Concentracinn Energa n Velocidad (rate)n Enzimas aA + bB cC + dDReactantes Productos2Keq= [C][D][A][B]ATP4-+ H2O ADP2-+ Pi2- Keq = [ADP][Pi][ATP]= 1.65 x 106MTermodinmica-Bioenergtican Estudio de la energa y sus transformaciones.Energan Capacidad para producir un cambio o para realizar trabajo:n movimiento de la materia en contra de fuerzas opuestas (trabajo)n CINETICAn producir rearreglos en la materian POTENCIAL3Difusinn No requiereinversin energa.Transporteactivon Requiere inversinenerga.n La energa se conserva.n La energa puede ser transferida o transformada pero no se crea ni se destruye.n la cantidad TOTAL de energa en el Universo esconstante.Primera ley de termodinmica Principio de conservacin de energaFlujo de energa4(a) (b) First law of thermo-dynamicsSecond law of thermodynamicsChemicalenergyHeatCO2H2OORGANISMOS = sistemasabiertosSegunda ley de termodinmican Cada transferencia o transformacin de energa de una forma a otra aumenta el desorden, aumenta la entropa del universo.Entropan Medida del grado de desorden.IncreaseMore disorderedin entropyHighlyorderedEjemplosNo es dificil predecir la direccion en que ocurren estos eventos.5Las leyes de termodinmica nos ayudan a predecir:n Qu eventos pueden ocurrir en la naturaleza y cules no?n Qu eventos ocurren espontneamente?n Los sistemasespontneamentevan de un estado de orden a un estado en desorden / entropa.n Sin inversin de energa n El estado entropa presenta al sistema MAYOR estabilidad.Inversin constante de energa mantiene el orden en el sistema.Organismos vivos- Orden http://cbs.fas.harvard.edu/science/connectome-project/brainbowenerga total = energa utilizable +energa no utilizableenerga utilizable = energa total - energa no utilizableCuanta energa hay disponible para mantener el orden? Para realizar trabajo ?6G = HTSGenerga libreHentalpia/energa total del sistemaT- temperaturaS- entropaenergautilizable= energatotalenergano utilizableEnerga libre (G)n Energa del sistema que puede utilizarsepara realizar trabajo cuando la temperatura y la presin son uniformes. DG = G estado finalG estado inicialDG = G estado finalG estado inicialDG < 0 Espontneo Exergnicas -Entropia EstableDG > 0 NO EspontneoEndergnicas Entropia InestableDG = 0 Equilibrio More freeenergy(higher G) Lessstable Greaterwork capacity Lessfree energy(lower G) More stable Lesswork capacity(a) Gravitational motion (b) Diffusion (c) ChemicalreactionThe freeenergy of thesystemdecreases(G < 0)The systembecomesmore stableThe releasedfreeenergy can beharnessedto doworkIn a spontaneous change

7Exergonic reaction: energy released,spontaneousEndergonic reaction: energy required,nonspontaneous(a)(b)Free energyFree energyReactantsReactantsEnergyEnergyProductsProductsAmount ofenergyreleased(G < 0)Amount ofenergyrequired(G > 0)Progress of the reactionProgress of the reactionEquilibrio y desequilibrioG < 0 G = 0(a) An open hydro-electric system(b) A multistep open hydroelectric systemG < 0G < 0G < 0G < 0Reaction 1 Reaction 2 Reaction 3Product StartingmoleculeA B C D(a) The structureof ATP(b) The hydrolysis of ATPAdenosine triphosphate (ATP)RiboseAdenineTriphosphate group(3 phosphate groups)Adenosine diphosphate(ADP)EnergyInorganicphosphateH2On Hidrlisis de ATPn G = -7.3 kcal/mol8ATP + H2O ADP + PiAmbiente celular G = -7.3 kcal/molReaccin exergnicaPara qu puedo usar la energaliberada?La reaccin de hidrlisis de ATP se puede acomplar a reacciones cuyo DG sea igual o menor que 7.3 kcal/mol.Transporteactivo9C DReaccin exergnicaDG < 0X Y Reaccin endergnicaDG >0Acoplamiento de reacciones - transferencia de energa de reacciones exergnicas (catablicas) a reacciones endergnicas (anablicas).Glucose + phosphate2-glucose-phosphate2-+ H2OG = +3.3 Kcal/moleATP4-+ H2O ADP2-+ Pi2-G = -7.3 Kcal/moleCoupled reaction:Glucose + ATP4-glucose-phosphate2-+ ADP2-G = -4.0 Kcal/mole10(a) Glutamic acid conversion to glutamine(b) Conversion reaction coupled with ATP hydrolysis(c) Free-energychange for coupled reactionGlutamic acid Ammonia GlutamineGlutamineGlutamic acid PhosphorylatedintermediateGluNH3GluNH2NH3NH2Glu GluADP PiADP PiNH2GluGATP = 7.3 kcal/molGGlu = +3.4 kcal/molGGlu = +3.4 kcal/mol+ GATP = 7.3 kcal/mol= 3.9 kcal/mol Net GNH3GluATPATPGGlu = +3.4 kcal/molGlu1 2 PADPTransport protein SoluteSolute transported(a) Transport work: ATPphosphorylates transport proteins.Mechanical work: ATPbinds noncovalently to motorproteins and then is hydrolyzed.Protein and vesicle moved Motor proteinCytoskeletal trackATPATPADP PiADP PiPiPATP(b)VesicleCiclo ATPEnergy fromcatabolism(exergonic, energy-releasing processes)Energy for cellularwork (endergonicenergy-consumingprocesses)ADP PiH2O ATP% Eficiencia11Espontneo = Rpidamente ?Energa de activacinTransition stateReactantsProductsProgress of the reactionEAG < OFree energyA BD CA BD CA BD C12Reacciones Exergnicas vs. EngergnicasEnzimasCatalizadores - Aumenta la velocidad de la reaccinMayora son protenas.Se han descrito ribozimas, RNA con funcin de enzimas.Glucose + phosphate2-glucose-phosphate2-+ H2OG = +3.3 Kcal/moleATP4-+ H2O ADP2-+ Pi2-G = -7.3 Kcal/moleCoupled reaction:Glucose + ATP4-glucose-phosphate2-+ ADP2-G = -4.0 Kcal/moleProgress of an exergonic reactionFree energy (G)ReactantsProductsActivation energy (EA)without enzymeChangein freeenergy(DG)ATPGlucoseglucose + ATP4- glucose-6-phosphate2-+ ADP3-+ H+G = -4 (kJ/mol)13GlucoseSubstratesActive siteATPE + SE + S

ESE + S

ES

E + PVOCABULARIOn Sitio activon Afinidadn Sustratosn Productosn Acoplamiento inducidon Estado de transicin n Catlisis14GlucoseSubstratesActive siteATPEnzyme-substrate complexGlucose-phosphateADPRegeneracin de la enzimahttp://web.chem.ucsb.edu/~molvisual/ABLE/induced_fit/http://www.wiley.com/college/boyer/0470003790/structure/hexokinase/hexokinase.htmProgress of an exergonic reactionFree energy (G)Transition stateReactantsEnzymeATPGlucoseProductsActivation energy (EA)without enzymeChangein freeenergy(DG)Activation energy (EA)with enzymeLa enzima acelera la velocidad de la reaccin disminuyendo la energa de activacin. -reducen la barrera energticaentre el sustrato y el estado de transicinEAPrueba cortaen parejas.Intro metabolismo26 de febrero151. Si una reaccin tiene un DG