![Relación entre ∆Gº’ y Keq
A+B C+ D
[C]eq [D]eq
Keq =
[A]eq [B]eq
∆Gº’= variación de Eª libre en
∆Gº’= - RT LnKeq’ condiciones estandar
(pH=7, 25ºC, 1atm de presión,
conc. inicial de R y P 1 M)
−∆Gº’ y Keq’ son constantes y características de cada
reacción
−∆Gº’ es una forma alternativa de expresar la constante de
equilibrio
Keq’ < 1 ∆Gº’ (+) R P
Keq’ > 1 ∆Gº’ (-) R P](https://image.slidesharecdn.com/9introduccinalmetabolismoybioenergtica-110412213710-phpapp01/85/introduccion-al-metabolismo-y-bioenergetica-12-320.jpg)
![Relación entre ∆Gº’ y ∆G
∆Gº’= variación de energía libre en condiciones estandar. Es una
CONSTANTE, tiene un valor fijo para cada reacción
∆G = variación de energía libre real . Es variable, depende de las
concentraciones de reactivos y productos y de la temperatura
[P]
∆G = ∆Gº’+ RT Ln
[R]
Las ∆Gº’ son aditivas
Reacciones químicas
A B C D secuenciales
∆Gº’1 ∆Gº’2 ∆Gº’3
A D ∆Gº’TOTAL = ∆Gº’1 +∆Gº’2 +∆Gº’3
Las reacciones exergónicas se acoplan a reacciones endergónicas: la energía
liberada por las exergónicas se usa para dar lugar a las endergónicas, que no
se producirían espontáneamente](https://image.slidesharecdn.com/9introduccinalmetabolismoybioenergtica-110412213710-phpapp01/85/introduccion-al-metabolismo-y-bioenergetica-13-320.jpg)
introducción al metabolismo y bioenergética
- 1. TEMA 15. Introducción al metabolismo y bioenergética. Panorámica del metabolismo energético. Anabolismo y catabolismo. Rutas centrales del metabolismo. Principios generales sobre regulación metabólica. Principios de bioenergética. Energía libre. Procesos irreversibles. Reacciones acopladas. Papel central del ATP en el metabolismo energético. Hidrólisis de ATP. Otros compuestos ricos en energía. Transferencia de grupos fosfato. Reacciones de oxido-reducción biológica. Coenzimas transportadoras de electrones. Vitaminas. Dpto. Biología Molecular M. Dolores Delgado
- 2. Fuentes de Carbono y Energía para el Metabolismo Energía solar Dióxido de Carbono AUTÓTROFOS Otros nutrientes Fotosintéticos (plantas) Polisacáridos Lípidos Proteínas Ac. Nucleicos Dióxido de Carbono HETERÓTROFOS Agua Quimiosintéticos (animales)
- 3. PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DEL CATABOLISMO Y EL ANABOLISMO Nutrientes Macromoléculas productores celulares de energía Proteínas Glúcidos Polisacáridos Grasas Lípidos Proteínas Acidos Nucleicos CATABOLISMO •Degradativo, oxidativo ADP+Pi •Genera energía, produce NAD+ ATP. Catabolismo NADP+ ANABOLISMO •Los productos finales e intermedios son materias •Sintético, reductivo primas del anabolismo •Utiliza energía, consume ATP. ATP •Genera desechos que se •Los productos finales son NADH excretan al entorno NADPH Anabolismo materias primas del catabolismo • “LISIS” • “GENESIS” Energía química Moléculas Productos poco precursoras energéticos Aminoácidos CO2, H2O Monosacáridos NH3 Ácidos grasos Modificado del “Lehninger Principios de Bioquímica", 4ª ed. Bases nitrogenadas Nelson, D.L. y Cox, M.M. Omega. 2006.
- 4. GLUCOLISIS GLUCOSA Hexoquinasa GLUCOSA-6-P Fosfogluco- isomerasa FRUCTOSA-6-P Fosfofructoquinasa FRUCTOSA-1,6-BP Aldolasa DHAP GLICERALDEHIDO-3P TPI GAPDH NADH 1,3-BPG ATP PGK 3-PG PGM 2-PG Enolasa PEP Piruvatoquinasa ATP (2) PIRUVATO
- 5. Esquema general del metabolismo Proteínas Acidos Polisacáridos Lípidos Nucleicos Monosacáridos Glicerol Acidos Nucleótidos Grasos Aminoácidos Glucosa Urea Piruvato AcetilCoA CATABOLISMO ANABOLISMO CO2 e- O2 H2O ATP
- 6. REGULACIÓN DE LAS RUTAS METABÓLICAS Sirve para: Que la velocidad de la vía esté adaptada a las necesidades de la célula Que las vías de síntesis y degradación no esté activas a la vez. Las rutas catabólicas y anabólicas no son inversas las unas de las otras. Ambas rutas tienen a menudo localización diferente en las células Se dá a tres niveles: 1. Por los enzimas alostéricos, capaces de cambiar la actividad catalítica en respuesta a moduladores estimuladores o inhibidores. 2. Mediante regulación hormonal.. 3. Por regulación de la concentración de un enzima en la célula (regulación genética)
- 7. LAS RUTAS METABÓLICAS SE DESARROLLAN EN LUGARES ESPECÍFICOS DE LAS CÉLULAS NÚCLEO Replicación del DNA RETÍCULO ENDOPLÁSMICO Síntesis tRNA y mRNA Síntesis de lípidos, transporte intracelular NUCLEOLO síntesis rRNA RIBOSOMAS Síntesis de proteínas GOLGI Maduración de glucoproteínas y otros componentes de las membranas MITOCONDRIAS CITOSOL Oxidación del piruvato Glucolisis, parte de gluconeogénesis; Ciclo Krebs pentosas fosfato; síntesis de ácidos grasos, síntesis Fosforilación oxidativa de nucleótidos Oxidación de ácidos grasos Catabolismo de aminoácidos
- 8. REACCIONES BIOQUÍMICAS Muchas reacciones químicas requieren condiciones no compatibles con los organismos vivos: solventes no acuosos alta temperatura y presión presencia de ácidos o bases fuertes Las reacciones bioquímicas tienen lugar bajo condiciones especiales: soluciones acuosas condiciones suaves: presión y temperatura prácticamente constantes pH fisiológico catalizadas enzimáticamente
- 9. TRABAJO Y ENERGÍA BIOLÓGICOS ENERGÍA • NUTRIENTES DEL ENTORNO.....quimiosintéticos • LUZ SOLAR ...................................fotosintéticos Transformaciones químicas en el interior de las células TRANSDUCCIONES TRABAJO BIOLÓGICO: DE ENERGÍA • Biosíntesis (anabolismo) • Trabajo mecánico (contracción muscular) • Gradientes osmóticos (transporte contra gradiente) • Trabajo eléctrico (transmisión del impulso nervioso) etc. • PRODUCTOS FINALES DEL METABOLISMO AUMENTO DE (moléculas simples CO2, H2O) ENTROPÍA • CALOR
- 10. ENERGÍA LIBRE O ENERGÍA DE GIBBS (G) - La energía libre (G) es la parte de energía de un sistema capaz de hacer trabajo biológico. - Las reacciones espontáneas van en la dirección de más baja energía libre ∆G (-), exergónica, favorable o espontánea ∆G (+), endergónica, no espontánea. ∆G=0, equilibrio • ∆G Es una función de A estado: depende del Glucosa estado inicial y final, no del camino seguido o mecanismo C B • ∆ G no proporciona información sobre la ∆G velocidad de la reacción, sólo si se dará o no espontáneamente CO2 + H2O D
- 11. ∆G = ∆H - T ∆S (relaciona los dos principios) ∆G = variación de la Eª libre ∆H = variación de la entalpía (cambio calorífico) T = Tª absoluta ∆S= variación de la entropía (grado de orden) Koolman &Rohm ”Bioquímica. Texto y Atlas”. Panamericana (2004)
- 12. Relación entre ∆Gº’ y Keq A+B C+ D [C]eq [D]eq Keq = [A]eq [B]eq ∆Gº’= variación de Eª libre en ∆Gº’= - RT LnKeq’ condiciones estandar (pH=7, 25ºC, 1atm de presión, conc. inicial de R y P 1 M) −∆Gº’ y Keq’ son constantes y características de cada reacción −∆Gº’ es una forma alternativa de expresar la constante de equilibrio Keq’ < 1 ∆Gº’ (+) R P Keq’ > 1 ∆Gº’ (-) R P
- 13. Relación entre ∆Gº’ y ∆G ∆Gº’= variación de energía libre en condiciones estandar. Es una CONSTANTE, tiene un valor fijo para cada reacción ∆G = variación de energía libre real . Es variable, depende de las concentraciones de reactivos y productos y de la temperatura [P] ∆G = ∆Gº’+ RT Ln [R] Las ∆Gº’ son aditivas Reacciones químicas A B C D secuenciales ∆Gº’1 ∆Gº’2 ∆Gº’3 A D ∆Gº’TOTAL = ∆Gº’1 +∆Gº’2 +∆Gº’3 Las reacciones exergónicas se acoplan a reacciones endergónicas: la energía liberada por las exergónicas se usa para dar lugar a las endergónicas, que no se producirían espontáneamente
- 15. ATP: nexo entre procesos biológicos dadores de energía y procesos biológicos consumidores de energía NUTRIENTES PRODUCTORES DE ENERGÍA CO2, H2O, NH3 catabolismo TRABAJO BIOLÓGICO Contracción muscular ADP + Pi ATP Transmisión impulso nerviosos Transporte activo, etc anabolismo MACROMOLÉCULAS COMPLEJAS PRECURSORES SENCILLOS
- 16. Hidrólisis del ATP ATP adenina ribosa H2O ATPasa Hidrólisis con disminución de la repulsión de cargas Pi ADP (Estabilización por (Ionización) resonancia) ∆G 0’ = - 30,5 kJ/mol ∆G real = - 50 a -65 kJ/mol
- 17. La hidrólisis del ATP proporciona energia libre para impulsar reacciones endergónicas ∆G 0’ = - 30,5 kJ/mol ATP + H2O ADP + Pi (ortofosfato) ∆G real = - 50 a -65 kJ/mol ATP + H2O AMP + PPi (pirofosfato) ∆G 0’ = - 45,6 kJ/mol PPi 2 Pi ∆G 0’ = - 19 kJ/mol ∆G 0’ = - 64,6 kJ/mol
- 18. Compuestos de “alta energía” FOSFOENOL PIRUVATO PIRUVATO + Pi ∆G0’=- 61,9 kJ/mol 1,3-BISFOSFOGLICERATO 3-FOSFOGLICERATO + Pi ∆G0’=- 49,3 kJ/mol FOSFOCREATINA CREATINA + Pi ∆G0’=- 43 kJ/mol ACETIL-CoA ACETATO + CoA-SH ∆G0’=- 32,2 kJ/mol SUCCINIL-CoA SUCCINATO + CoA-SH ∆G0’=- 36 kJ/mol Flujo de grupos P : Dadores de P de alta energía ATP aceptores de P de baja energía
- 19. Procesos celulares donde se forma o se consume ATP El ATP está contínuamente consumiéndose y regenerándose Formación de ATP: - Fosforilación a nivel de sustrato (1): transferencia de grupo fosfato desde un Intermedios -P ATP ATP compuesto de alta energía al ATP - Fosforilación oxidativa (2): transferencia de electrones al O2 acoplado a la biosíntesis Fosfocreatina de ATP en la membrana mitocondrial ATP Consumo de ATP: ATP -Primeras etapas glucolisis ATP -Reacciones de Biosíntesis (4) -Transporte activo (5) ATP UTP -Contracción muscular (6) UDP-glucosa -muchos otros procesos Modificado de: “Basic Medical Biochemistry. A Clinical Approach”. Marks, D.B, Marks, A.D and Smith, C.M. Williams and Wilkins.1996.
- 20. Estados de oxidación del Carbono “Lehninger Principios de Bioquímica", 3ª ed. Nelson, D.L. y Cox, M.M. Omega. 2001.
- 21. Principales coenzimas transportadoras de electrones NAD+ y NADP+ Cofactores móviles + H+ NADH reducido NAD+ + 2H+ + 2 e- NADH + H+ NAD+ oxidado H Ej: NAD+ + R C R’ NADH + H+ + R C R’ OH O FAD y FMN Grupo prostético de flavoproteínas FAD + 2H+ + 2 e- FADH2 H H H Ej: FAD + R C C R’ FADH2 + R C C R’ H H H
- 22. Vitaminas y Coenzimas VITAMINA COENZIMA ENZIMA Grupo transportado B1, Tiamina TPP Piruvato deshidrogenasa Aldehido α-ceto -glutarato DH α-cetoácido DH B2, Riboflavina FAD,FMN Deshidrogenasas electrones (flavoproteínas) B3, Niacina NAD, NADPH Deshidrogenasas electrones B5, Pantotenato CoA Pir-DH, α-KG-DH, acilos acil CoA sintetasas... - B6, Piridoxina Piridoxal fosfato Aminotransferasas amino (Glucógeno fosforilasa) B8, Biotina Biotina Carboxilasas CO2 B9, Folato Tetrahidrofolato metab. aminoácidos grupos monocarbonados B12, cobalamina CoenzimaB12 oxidación propionato hidrógenos
- 23. “A los médicos les gusta prescribir vitaminas, y millones de personas las toman, pero se necesita una buena cultura bioquímica para entender porqué se necesitan y cómo las utiliza el organismo”. Fritz Lipman (1899-1986), Descubridor del CoA The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953 "for his discovery of the "for his discovery of co- citric acid cycle" enzyme A and its importance for intermediary metabolism" http://nobelprize.org/ Hans Adolf Krebs Fritz Albert Lipmann