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BIOENERGÉTICA
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BIOENERGÉTICABIOENERGÉTICA
Es el análisis cuantitativo de la forma en que losorganismos adquieren y utilizan la energía.
1. Conservación de la energía:
Las transformaciones de
La energía puede cambiar deforma, pero no puede sercreada ni destruida.Las transformaciones de
la energía en las células obedecen las leyes de la
termodinámica
creada ni destruida.
2 Entropía: En el universotermodinámica. 2. Entropía: En el universosiempre se tiende aincrementar el desorden. Entodo proceso natural laentropía tiende a aumentar.
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1.- PARÁMETROS TERMODINÁMICOS
a) ENTALPÍA (H)
Expresa el calor absorbido o liberado en una reacción química.
ΔH = Hproductos – Hsustratos
ΔH negativo → Exotérmica
ΔH positivo → Endotérmica
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b) ENTROPÍA (S)ENTROPÍA (S)
Expresa el grado de desorden de una reacción química.
ΔS = Sproductos – Ssustratos
ΔS positivo → Espontánea
ΔS negativo → No espontánea
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c) ENERGÍA LIBRE DE GIBBS (G)c) ENERGÍA LIBRE DE GIBBS (G)
Expresa la cantidad de energía necesaria para realizar trabajo.
(P T t )(P y T cte)
ΔG = Gproductos – Gsustratos
ΔG negativo → Exergónica
ΔG positivo → EndergónicaΔG positivo Endergónica
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Ecuación de Ecuación de GibbsGibbs--HelmholtzHelmholtz::
ΔG ΔH T ΔSΔG = ΔH – T ΔS
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2.- CLASIFICACIÓN DE LAS REACCIONES
ÓΔG negativo EXERGÓNICA
Reacciones que ocurrentá tespontáneamente.
Liberan energía.
ΔG positivo ENDERGÓNICA
Reacciones que no ocurrenespontáneamente
Requieren energía paraocurrir.
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SERES VIVOS
Máquinas Sistemas químicas
que operantermodinámicos
abiertos en que operan a T y P
constantesestado
estacionarioconstantes estacionario
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3 - DETERMINACIÓN DE LA ENERGÍA LIBRE
a) Energía libre estándar y constante de equilibrio
3. DETERMINACIÓN DE LA ENERGÍA LIBRE
Gº R T l K
a) Energía libre estándar y constante de equilibrio
ΔGº = -R T lnKeq
R = constante de los gases 8.31 J/mol K
T = temperatura en K (298 K = 25 ºC)
Keq = constante de equilibrio en condiciones biológicas (pH = 7.0)
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Keq Ln Keq ∆G° Comentario
>1 Positivo Negativo La formación de los productosse ve favorecida en elequilibrio.
=1 Cero Cero La formación de los productosy reactantes es igualmentefavorecida al alcanzar elequilibrio.
<1 Negativo Positivo La formación de reactantes seve favorecida en el equilibrio.
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Ejemplo: isomerización de la glucosa-1-fosfato a glucosa-6-fosfato,reacción catalizada por la enzima fosfoglucomutasa:
GLUCOSA 1 P GLUCOSA 6 P
eacc ó ca a ada po a e a os og uco u asa
GLUCOSA-1-P GLUCOSA-6-P
Cuando se alcanza la condición de equilibrio la concentración deglucosa-1-fosfato es 0.001M y la concentración de glucosa-6-fosfatoes 0.019M, a 25°C y pH 7. Con estos valores se determina laconstante de equilibrio Keq.
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Keq = G6P/G1P = 19
A partir de este valor se puede calcular ∆G°
ΔG° = -RTLnKeq
= -(8.31 J/mol K)(298K)(Ln19)
= -7.3 KJ/mol
EXERGONICA
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b) Energía libre estándar de formación
ΔGº = ∑∆G° productos - ∑∆G° reactantes
Sustancia ∆Gº formación Kcal/molAcetato -88,99
Tabla: Energíaslib tá d d
,
Alanina -88,75
Aspartato -166,99Bicarbonato -140 33
libres estándar deformación endisoluciones Bicarbonato 140,33
Dioxido de carbono -94,45Fumarato -144,41Glucosa 219 22
acuosas 1M a pH7y 25°C
Glucosa -219,22
Lactato -123,76Malato -201,98Piruvato 113 44Piruvato -113,44Sucinato -164,97Agua (líquida) -56,69
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Ej l d i á l G° l i iEjemplo: se determinará el ∆G° para la siguientereacción, utilizando los datos de la tablaanterioranterior.
fumarato + agua malatofumarato + agua ↔ malato
∆G° ∑∆G° d t ∑∆G° t t∆G° = ∑∆G° productos - ∑∆G° reactantes∆G° = -201,98 – (-144,41 + - 56,69)
G° /∆G°= -0,88 Kcal/mol
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c) Energía libre estándar y potenciales estándar de reducción
Reacción redox dador de electrones
aceptor de electrones
Los electrones se pueden transferir mediante:1 Directamente como electrones1.- Directamente como electrones.
Ej: el par redox Fe+3 / Fe+2 puede transferir un electrón al par redox Cu+1 / Cu +2 .2.- Se pueden transferir en forma de átomos de hidrógeno.
Ej: AH2 ↔ A + 2e- + 2H+ (FADH2)3.- Pueden ser transferidos de un dador electrónico a un aceptor en forma de hidruro que incluye a dos electrones.
Ej: NAD+Ej: NAD4.- Finalmente como una combinación directa de un reductor orgánico con oxígeno.
Ej: oxidación de un hidrocarburo a alcohol.
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POTENCIALPOTENCIAL ESTANDAR DE
REDUCCION (Eº)
Medida (en volts) de la afinidad que tienela afinidad que tiene por los electrones, el
aceptor de los electrones.
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L
ΔGº = -n F ∆E°
Luego:
donde:n= número de electrones transferidosF= constante de Faraday (96,48 KJ/ v mol)∆E° = diferencia de potencial de reducción
Ej l d t i ∆Gº l ió l l lEjemplo: determinar ∆Gº, para la reacción en la cual el acetaldehido es reducido por el transportador electrónico NADH
acetaldehido + NADH + H+ ↔ etanol + NAD+acetaldehido + NADH + H+ ↔ etanol + NAD+
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Las semireacciones pertinentes y sus valores de E° son:
Acetaldehido + 2H+ + 2e- ↔ etanol E° = -0,20 v
NAD+ + H+ + 2 NADH E° 0 32NAD+ + H+ + 2e- ↔ NADH E° = -0,32 v
La reacción global tiene un ∆E° = + 0 12 voltios y n =2La reacción global tiene un ∆E = + 0,12 voltios y n =2
Por lo tanto ∆G° = -n F ∆E°= - 2 * 96,5 * 0,12 2 96,5 0,12= - 23,7 KJ / mol
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C d l t i d l i i tCuando las concentraciones de las especies reaccionantes no son 1M, se tendrá:
ΔG F ∆EΔG = -n F ∆E
Donde E estará dado por:
E = Eº + RT Ln [aceptor electrón]E E + RT Ln [aceptor electrón]nF [dador electrón]
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R = constante de los gases (8.31 J/mol*K)
T = temperatura ºK (298 ºK)
n = Número de electrones transferidos.
F = constante de faraday (96.480 J/V*mol)
Luego:E = Eº + 0.026 Ln [aceptor electrón][ p ]
n [dador electrón]
Ejemplo: Determinar el ∆G, de la reacción anterior cuando lasconcentraciones del acetaldehido y NADH son 1M y las del etanol y elNAD+ son 0,1 M
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COMO HACEN LOS SERES VIVOS PARA LLEVAR A
CABO REACCIONES ANABÓLICAS Y PROCESOS QUE
REQUIEREN ENERGÍA
A TRAVES DE REACCIONES ACOPLADASA TRAVES DE REACCIONES ACOPLADAS
Elementos1 Una reacción que libera energía
Elementos2 Una reacción que requiera energía3 Un intermediario común
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PARA QUE DOS REACCIONES PUEDAN ACOPLARSEES NECESARIO QUE TENGAN UN INTERMEDIARIOES NECESARIO QUE TENGAN UN INTERMEDIARIOCOMUN
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Ejemplo:Fosforilación de la glucosa acoplada a la hidrólisis del ATP
ATP ADP + f f tREACCION 1
ΔGº´(kJ mol-1)30 9ATP ADP + fosfato
Glucosa + fosfato Glucosa-6-P
REACCION 1
REACCION 2
-30,9
+16,7G ucos os o G ucosCC ON ,7
ATP + glucosa -14,2Glucosa-6-P + ADP
Una reacción que libere energía ( ΔG<O) REACCION 1Elementos
Una reacción que libere energía ( ΔG<O)Una reacción que requiera energía (ΔG>O)Un intermediario común
REACCION 1
REACCION 2
fosfatoUn intermediario común fosfato
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REACCIONES ACOPLADASREACCIONES ACOPLADAS
REACCIONES
EXERGONICAS
REACCIONES
ENDERGONICASEXERGONICAS
(Liberan energía
ENDERGONICAS
(Requieren energía ATPlibre) libre)ATP
TRANSPORTADOR DE ENERGIADESDE LOS PROCESOS CELULARES PRODUCTORES DEENERGIA A LOS PROCESOS QUE REQUIEREN ENERGIA
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![Page 27: bioenergética Tec 2010 [Modo de compatibilidad] · Es el análisis cuantitativo de la forma en que los organismos adquieren y utilizan la energía. 1. Conservación de la energía:](https://reader031.vdocumento.com/reader031/viewer/2022013007/5baa627009d3f215608c1547/html5/thumbnails/27.jpg)
COMPUESTOS CON ENLACES FOSFATOS DE GRAN ENERGIAFOSFATOS DE GRAN ENERGIA
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HIDRÓLISIS DE ACETIL CO-A
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NADH / NAD+
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FADH2 / FADH+ / FAD