Bioenergetica, energia de la vida, Diapositivas de Bioquímica

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BIOENERGETICA

Profesora: Ing. Eliana Pineda

Bioquímica

La Bioquímica , es una ciencia que estudia la composición de los seres vivos

en términos moleculares, es decir el estudio de las características químicas de

las biomóleculas (carbohidratos, lípidos, proteínas, nucleótidos), las

transformaciones que estas sufren como componentes de las células y los

tejidos, así como la interrelación entre ellas.

Desde el punto de vista metabólico, la Bioquímica se encarga del análisis del

conjunto de reacciones bioquímicas que se llevan a cabo dentro de la célula,

que tienen como finalidad la producción de energía y/o la síntesis,

degradación o transformación de moléculas que el organismo necesita, lo que

se denomina, catabolismo y anabolismo respectivamente.

Metabolismo

En el estudio del metabolismo se diferencian dos tipos:

Catabolismo: Son los procesos de degradación oxidativa de moléculas nutrientes complejas (glúcidos, lípidos, proteínas) formando productos de desecho (CO 2 , NH 3 ) y obteniendo energía en forma de ATP y poder reductor. Anabolismo: Son los procesos de biosíntesis reductora de moléculas complejas (polisacáridos, proteínas) a partir de precursores sencillos y con gasto de energía en forma de hidrolisis de ATP o como consumo de poder reductor.

Metabolismo

Aunque el metabolismo se divida en dos tipos, ambos procesos transcurren

conjuntamente en el tiempo y el espacio, compartiendo en muchos casos

intermediarios y manteniendo un equilibrio dinámico entre las distintas

reacciones y rutas, con el fin de garantizar las condiciones necesarias para el

mantenimiento de las estructuras y funciones del organismo.

Diferentes Rutas Metabólicas Cata boli smo

• (^) Son rutas oxidantes, donde se libera energía y moléculas con poder reductor, y a la vez se sintetiza ATP. Ana boli smo
• (^) Son rutas reductoras en las que se consume energía en forma de ATP y moléculas con poder reductor. Anfi boli smo
• (^) Son rutas mixtas, catabólicas y anabólicas,

Bioenergética

Es la ciencia que se encarga del estudio de los cambios de energía que se

desarrollan en el metabolismo, los cuales obedecen las mismas leyes físicas

que cualquier otro proceso natural y dentro de estas leyes, los principios de

la termodinámica son la base para comprender estas traducciones o cambio

de energía.

La Bioenergética, es la parte de la bioquímica (biología, física y química) que

estudia los procesos de absorción, transformación y entrega de energía en los

organismos.

Las transformaciones de la energía química de los nutrientes para conseguir energía metabólica, es constituyente de estudio de la Bioenergética.

Importancia del estudio de la Bioenergética Comprender la vida a nivel celular: La bioenergética explora cómo las células obtienen energía de los alimentos, la almacenan en moléculas como el ATP y la utiliza para llevar a cabo procesos vitales como la respiración celular y la fotosíntesis. Entender las bases de la salud y la nutrición: La bioenergética ayuda a comprender cómo el cuerpo utiliza la energía de los alimentos y cómo este proceso puede ser afectado por la dieta y el estilo de vida, lo que tiene implicaciones en la salud, el desarrollo y la prevención de enfermedades Mejorar la comprensión de la vida: La bioenergética proporciona una comprensión más profunda de cómo los sistemas biológicos funcionan y cómo las reacciones químicas y los procesos metabólicos están interconectados

Importancia biomédica de la Bioenergética La bioenergética, es el estudio de los cambios de energía que acompañan a reacciones bioquímicas. Los sistemas biológicos son isotérmicos , y usan energía química para impulsar procesos vivos. El modo en que un animal obtiene combustible a partir de sus alimentos para proporcionar esta energía es básico para el entendimiento de la nutrición y el metabolismo. La muerte por inanición ocurre cuando se agotan las reservas de energía disponibles, y ciertas formas de malnutrición se relacionan con desequilibrio de energía ( marasmo ). Las hormonas tiroideas controlan el índice de liberación de energía (índice metabólico) y sobreviene enfermedad cuando funcionan mal. El almacenamiento excesivo de energía excedente causa obesidad , que es cada vez mas común en la sociedad, padecimiento que predispone a muchas enfermedades, como enfermedad cardiovascular y diabetes mellitus tipo 2, además de que disminuye la esperanza de vida del individuo.

Principios de la Termodinámica

La bioenergética llamada tambien la termodinámica química, estudia las

transformaciones de energía que tienen lugar en la célula, siguiendo las leyes de

la termodinámica desarrolladas por Antoine Lavoisier que describe que los

combustibles químicos se obtienen de los alimentos.

Las leyes de la termodinámica describen el estudio cuantitativo de las

transformaciones de energía en otra de distinta naturaleza.

 El primer principio o ley de la termodinámica, es el principio de la

conservación de energía.

 La segunda ley de la termodinámica, establece que el universo tiende siempre

a un aumento del desorden en todos los procesos naturales físicos y químicos

Principios de la Termodinámica La PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA establece que la energía total de un sistema, incluso sus alrededores, permanece constante. Eso implica que dentro del sistema total, la energía no se pierde ni se gana durante cambio alguno; sin embargo, si se puede transferir de una porción del sistema a otra, o transformarse en otra forma de energía. En los organismos vivos, la energía química se transforma en energía calórica, eléctrica y mecánica. La SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA establece que para que un proceso ocurra de manera espontánea, es necesario que la entropía total de un sistema aumente. La entropía es la extensión de trastorno o de aleatoriedad del sistema y alcanza su punto máximo conforme logra el equilibrio. Los sistemas biologicos se conforman a las leyes generales de la termodinámica.

Energía libre en Reacciones Metabólicas La determinación de cualquier reacción de la Energía Libre ΔG se realiza mediante la diferencia entre la energía de los sustratos y de los productos de la reacción. La variaciones de G se miden en condiciones constantes o estándar, a 25°C, 1 atm de presión, pH=7 de concentración de 1 mol de reactantes y productos. Cuanto mayor sea la variación de energía libre, mas espontáneamente tendrá tendencia a desarrollarse la reacción. Cuando la variación de energía libre del sistema es Negativa , los productos contienen menos energía que los sustratos y la reacción será Espontanea , porque todas las reacciones químicas tienden a ir en la dirección que permite una disminución de la energía libre del sistema. Las reacciones que se desarrollan con una ΔG<0 se realizan de forma espontanea y se denominan Exergonicas (liberadoras de energía), mientras que los que tienen una ΔG> 0 son imposibles termodinámicamente y se denominan Endergonicas (consumidoras de energía) Cuando ΔG= 0 el sistema esta en equilibrio y la reacción transcurren a la misma velocidad.

Energía libre en Reacciones Metabólicas Si ΔG es Negativo , la reacción ocurre de modo espontaneo con perdida de energía libre por lo que la reacción es Exergonica. Si ΔG es Positivo , la reacción ocurre si es factible ganar energía por lo que la reacción es Endergonica. Si ΔG es igual a 0, el sistema esta en Equilibrio y no tiene lugar un cambio neto.

Procesos Endergónicos/Exergónicos Los procesos vitales (reacciones sintéticas, contracción muscular, conducción de impulsos nerviosos, transporte activo) obtienen energía mediante enlace químico, o acoplamiento , a reacciones oxidativas. La conversión del metabolito A en metabolito B ocurre con liberación de energía libre y esta acoplada a otra reacción en la cual se requiere energía libre para convertir el metabolito C en el metabolito D. Los términos exergónico y endergónico , en lugar de los términos químicos normales serian exotérmico y endotérmico, indican que un proceso esta acompañado de perdida o ganancia, respectivamente, de energía libre en cualquier forma. Un proceso endergónico no puede existir de manera independiente, sino que debe ser un componente de un proceso exergonico. Las reacciones exergonicas reciben el nombre de Catabolismo (degradación u oxidación de moléculas combustible), mientras que las reacciones sintéticas que acumulan sustancias se llaman anabolismo ; los procesos catabólicos y anabólicos combinados constituyen el Metabolismo Celular.

Tipos de Energía De todas las posibles formas de energía, solo interesa analizar las siguientes:  Energía Térmica o Calor: Es debida a la agitación molecular de las moléculas y es medida a traves de la temperatura o de cambios en el estado físico de la materia. La unidad de calor es la Caloría o cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 1 gramo de agua a 1°C.  (^) Energía Mecánica o Trabajo: Es debida a la aplicación de una fuerza que consigue el desplazamiento de un cuerpo o su deformación. Se manifiesta en los organismos al moverse, caminar y correr.  (^) Energía Eléctrica: Este tipo de energía se da en las transmisión del impulso nervioso del cerebro y órganos de los sentidos como el oído y la vista.  (^) Energía Libre de Gibbs: Es un tipo de energía química contenida en los compuestos que participan en una reacción química y expresa la cantidad de energía capaz de generar un trabajo durante una reacción a temperatura y presión constante.