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Unidad 3Unidad 3
ENERGÍA ENERGÍA y y
METABOLISMOMETABOLISMO
ENERGÍA ENERGÍA y y
METABOLISMOMETABOLISMO
EL PRESENTE MATERIAL ES UNA SÍNTESIS QUE NO REEMPLAZA, SINO QUE COMPLEMENTA, AL RESTO DE LOS MATERIALES
EL PRESENTE MATERIAL ES UNA SÍNTESIS QUE NO REEMPLAZA, SINO QUE COMPLEMENTA, AL RESTO DE LOS MATERIALES
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Qué es la Qué es la energía?energía?
Lo definimos como la Lo definimos como la capacidad para capacidad para realizar un trabajo.realizar un trabajo.
ENERGÍA ELÉCTRICA
ENERGÍA LUMÌMICA
ENERGÍA EÓLICA
ENERGÍA QUÍMICA (energía de los enlaces
ENERGÌA POTENCIAL
ENERGÌA CINÉTICA
PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA: LA ENERGÍA NO SE CREA NI SE DESTRUYE, SE TRANSFORMA
LA ENERGÍA TOTAL PERMANECE CONSTANTE
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SISTEMASSISTEMAS
LOS SERES VIVOS SOMOS SISTEMAS ABIERTOS
Universo
Sistema
Un sistema abierto intercambia materia y energía con el entorno.
Materia
Energía
Como la energía no se crea ni se destruye permanece constante en el universo
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TERMODINÁMICATERMODINÁMICA
PRIMERA LEY
La energía no puede ser creada ni destruida, sino que se convierte de una forma a otra.
PRIMERA LEY
La energía no puede ser creada ni destruida, sino que se convierte de una forma a otra.
SEGUNDA LEY
En toda conversión energética, la energía potencial (útil) del estado final siempre es menor que la energía potencial del estado inicial (siempre y cuando no se quite ni suministre energía extra al sistema que se estudia) . Es decir que en toda transformación energética hay una “inevitable” pérdida de energía, por lo que los sistemas tienden a un estado menos organizado, de mayor desorden (mayor entropía).
SEGUNDA LEY
En toda conversión energética, la energía potencial (útil) del estado final siempre es menor que la energía potencial del estado inicial (siempre y cuando no se quite ni suministre energía extra al sistema que se estudia) . Es decir que en toda transformación energética hay una “inevitable” pérdida de energía, por lo que los sistemas tienden a un estado menos organizado, de mayor desorden (mayor entropía).
La Termodinámica es rama de la Física que estudia la energía y sus
transformaciones.
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TRANSFORMACIONES TRANSFORMACIONES ENERGÉTICASENERGÉTICAS
FOTOSÍNTESIS
ENERGÍA LUMÍNICA
CALOR
ENERGÍA QUÍMICA
Los productores transforman energía lumínica en energía química
Cada transformación energética libera energía en forma de calor
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA: El calor (o entropía) del universo siempre aumenta
Este concepto se vincula con el de energía útil para los seres vivos. Recordemos que el calor es una forma de energía NO UTIL para seres vivientes por lo tanto, considerando el sistema “seres vivos”, cada proceso metabólico transforma energía útil en no útil, incrementando el calor o entropía del universo.
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En el proceso de combustión (oxidación) toda la energía química (enlaces covalentes de la glucosa, que compone la celulosa de la madera) se transforma en calor.
ATP
CALORRESPIRACIÓN CELULARDIGESTIÓN
ENZIMAS
Algunos ejemplos…..
Cuando comemos almidón, también formado por glucosas, lo oxidamos en nuestras células. Parte de la energía original de la glucosa queda contenida en el ATP, mientras que otra parte se transforma en calor
LOS PROCESOS METABÓLICOS PRODUCEN LA OXIDACIÒN DE COMPUESTOS DE MANERA CONTROLADA. ESTE CONTROL SE LLEVA A CABO POR ENZIMAS.
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Las reacciones metabólicas pueden Las reacciones metabólicas pueden ser Exergónicas o Endergónicasser Exergónicas o Endergónicas
Reacciones ExergónicasLa energía de los reactivos (Ei) es mayor que la de los
productos (Ef)LIBERAN ENERGÍA
Son espontáneas
Reacciones EndergónicasLa energía de los reactivos (Ei) es menor que la de los productos (Ef)
REQUIEREN ENERGÍA
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MetabolismoMetabolismo
Seres Vivos
realizan
METABOLISMOIntercambio de materia y energía con el medio
ambienteimplica
CATABOLISMO ANABOLISMO
Conjunto de reacciones metabólicas de síntesis o fabricación de moléculas
complejas a partir de moléculas más simples Endergónicas
Conjunto de reacciones metabólicas de síntesis o fabricación de moléculas
complejas a partir de moléculas más simples Endergónicas
Conjunto de reacciones metabólicas de degradación o
ruptura de moléculas complejas en moléculas más
simples Exergónicas
Conjunto de reacciones metabólicas de degradación o
ruptura de moléculas complejas en moléculas más
simples Exergónicas
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ATP y Transporte de Energía ATP y Transporte de Energía
La molécula de ATP transporta energía en sus uniones entre grupos fosfato, llamadas Uniones de Alta Energía.
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Metabolismo y ATPMetabolismo y ATP
El ATP es el intermediario que transporta en sus enlaces de alta energía, la energía liberada por la ruptura de uniones químicas en las reacciones catabólicas. La lleva a las reacciones anabólicas, que la requieren para la formación de nuevos enlaces químicos.
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Metabolismo y EnzimasMetabolismo y Enzimas
En las células, las transformaciones químicas son muy rápidas, ocurren en minutos o en segundos. Esto es posible debido a la presencia de las enzimas : moléculas proteicas que catalizan (aceleran) las reacciones bioquímicas y regulan el metabolismo.
REACTIVOS PRODUCTOS
transformación
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Las enzimas: Las enzimas: catalizadores biológicoscatalizadores biológicos
Son proteínas Son específicas (se unen a un determinado Sustrato ) Actúan en bajas concentraciones Se liberan si sufrir modificaciones Son reutilizables No modifican la Ei (de los reactivos) ni la Ef (de los
productos)
E + S E + S ES ES EP EP E + P E + P
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Especificidad Enzima-SustratoEspecificidad Enzima-SustratoModelo Llave-Cerradura
Enzima y sustrato poseen complementariedad geométrica, sus estructuras encajan exactamente una en la otra. La región de la enzima donde se une el Sustrato se llama Sitio Activo.
Modelo Encaje Inducido
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Las enzimas: catalizadores Las enzimas: catalizadores biológicosbiológicos
La reacción catalizada es anabólica y endergónica
La reacción catalizada es catabólica y exergónica
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Enzimas y Energía de ActivaciónEnzimas y Energía de Activación
Las enzimas no modifican la energía inicial o la energía final de una reacción. Sólo disminuyen la energía de activación. Las enzimas modifican la energía de activación haciendo que las reacciones resulten más rápidas. En ausencia de enzimas, la reacción sería extremadamente lenta, incompatible con la vida.
La Energía de Activación (Ea) es la energía necesaria para que
las moléculas de sustrato se reordenen y transformen en
producto.
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ENZIMAS MICHAELIANAS
Curva hiperbólica SATURACIÓN: Cuando todos los sitios activos de las enzimas están ocupados por el sustrato. En ese momento la actividad enzimática alcanza la velocidad máxima.
CINÉTICA ENZIMÁTICACINÉTICA ENZIMÁTICA
KM: concentración de sustrato a la que la enzima alcanza la mitad de la velocidad máxima. Indica la afinidad de la enzima por el sustrato.
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ENZIMAS ALOSTÉRICASENZIMAS ALOSTÉRICASMODULADOR ALOSTERICO POSITIVO: Molécula que se une a la enzima y aumenta la afinidad de la enzima por el sustrato, acelera la reacción.
MODULADOR ALOSTERICO NEGATIVO: Disminuye la afinidad de la enzima por el sustrato, la reacción se hace más lenta.
Curva sigmoidea
Poseen, además del Sitio Activo, Sitios Alostéricos a los que se
unen moléculas Moduladoras.
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Modulación AlostéricaModulación Alostérica
Con enzimas alostérica se pueden regular las velocidades de las reacciones metabólicas de acuerdo a las necesidades de las células.
Con enzimas alostérica se pueden regular las velocidades de las reacciones metabólicas de acuerdo a las necesidades de las células.
Curva con modulador negativo: la velocidad de la reacción es la más baja.
Curva sin modulador: la velocidad de la reacción es media (estado basal).
Curva con modulador positivo: la velocidad de la reacción es la más alta.
Los Moduladores modifican la afinidad de la Enzima por el Sustrato y, por lo tanto, la velocidad de la reacción.
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Regulación de Vías MetabólicasRegulación de Vías Metabólicas
E1 E2 E3
En una vía metabólica el producto de la actividad de una enzima es sustrato de la siguiente. Con lo cual, las reacciones están “encadenadas” y si una de las enzimas se inactiva o está modulada negativamente, toda la vía se ve afectada.
Los puntos de control se encuentran en las enzimas alostéricas. Si contienen moduladores positivos aumentan la velocidad de toda la vía, si tienen moduladores negativos hacen que ésta sea más lenta.
El metabolismo presenta una gradualidad a través de las vías metabólicas
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Efecto del pH en la actividad enzimáticaEfecto del pH en la actividad enzimática
El pH es una medida del grado de acidez. Cada enzima tiene un pH óptimo para su actividad. Dentro del mismo organismo pueden encontrarse
diferentes valores de pH: en estómago pH=2, en plasma sanguíneo pH=7,4 etc.
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Efecto de la temperatura en la Efecto de la temperatura en la actividad enzimáticaactividad enzimática
Las enzimas tienen una temperatura óptima.Esta es una condición que depende de la especie.
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CoenzimasCoenzimas Las coenzimas son pequeñas Las coenzimas son pequeñas
moléculas orgánicas, que se moléculas orgánicas, que se unen a la enzima.unen a la enzima.
Las coenzimas colaboran en Las coenzimas colaboran en la reacción enzimática la reacción enzimática recibiendo transitoriamente recibiendo transitoriamente algún grupo químico: Halgún grupo químico: H+ + , OH, , OH, CHCH33 . .
La enzima sin la coenzima recibe el nombre de
APOENZIMA y es inactiva. Al unirse la COENZIMA, forman la HOLOENZIMA que es la forma activa.
CofactoresCofactores Sustancias diferentes, no proteicas, Sustancias diferentes, no proteicas,
necesarias para la actividad necesarias para la actividad enzimática. En general son iones enzimática. En general son iones como el Cu++, K+, Mn++, Mg++.como el Cu++, K+, Mn++, Mg++.
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Inhibidores CompetitivosInhibidores Competitivos
Una molécula Una molécula ajena al ajena al organismo, con organismo, con estructura similar estructura similar a la del sustrato a la del sustrato compite con éste compite con éste por el sitio activo por el sitio activo de la enzimade la enzima
Se une solo a la Se une solo a la enzima libreenzima libre
V V MAXMAX no se altera no se altera y K y K M M cambiacambia
Si aumenta la cantidad de Si aumenta la cantidad de SUSTRATO el inhibidor SUSTRATO el inhibidor competitivo es desplazado y se competitivo es desplazado y se forma producto.forma producto.
Algunos antibióticos son inhibidores competitivos de enzimas bacterianas
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Inhibidor No CompetitivoInhibidor No Competitivo
Una molécula Una molécula ajena se une a ajena se une a un lugar un lugar diferente del sitio diferente del sitio activo la enzima activo la enzima
Por acción del Por acción del inhibidor inhibidor disminuye la Vdisminuye la VMAXMAX pero el valor de pero el valor de KKMM no se altera no se altera
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Inhibidores IrreversiblesInhibidores Irreversibles Producen inactivación permanente de la Producen inactivación permanente de la
enzima. Se unen a la enzima en forma enzima. Se unen a la enzima en forma permanente e irreversible.permanente e irreversible.
Se interfiere con el normal desarrollo de Se interfiere con el normal desarrollo de una reacción o vía metabólicauna reacción o vía metabólica