Bioenergética

La bioenergética estudia los intercambios de energía que ocurren en las reacciones bioquímicas, presentes en los diferentes metabolismos. La energía en sus distintas formas: Química, eléctrica, mecánica, cinética, calórica, magnética, etc... Contribuyen a establecer un sistema dinámico que permite la función de procesos fisiológicos. Como: La respiración, contracción muscular, transporte de metabolismo a través de membranas, circulación sanguínea, digestión y absorción de los alimentos, entre otros procesos.

Propiedades termodinamicas

∆E= Cambio de energía interna; relacionada con los cambios de energía a nivel  de movimiento molecular.  ∆E=Q-W

∆E= Cambio de energía interna; relacionada con los cambios de energía a nivel  de movimiento molecular.  ∆E=Q-W

Q(+)       entra   (SISTEMAS) sale   Q(-)

W(-) entra     (SISTEMA) sale      W(+)

∆H= Cambio de entropía: Relacionada con las pérdidas de energía de un sistema debido a sus interacciones con el exterior. Estas pérdidas son irrecuperables

∆H= ∆E+∂∆P

∆S= Cambio de energía libre. Relacionada con la energía disponible de un sistema

∆G=∆H -T∆S

La energía libre es la propiedad más práctica porque analiza la disponibilidad energética de un sistema.

Relación de ∆g con las ix Qmicas y biologicas

∆G = -RT Ln Ke   -------------  R= 1,98 cal/mol

                                                  T= ^oK

                                                 Ke= Constante de equilibrio

Por su valor de Ke y ∆G Las Reacciones químicas pueden ser:

GRAFICAS:

Reacciones Químicas                                                                    Reacciones bioquímicas

Pueden ser exotérmicas                                                            ∆G=∆H- T∆S(Apreciable)

                      Endotérmicas                                                            pueden ser exergónicas o

                                                                                                              Endergonicas

∆G=∆H-  T∆S (Despreciable)

Disponibilidad energética de energía en las reacciones bioquímicas

La energía química en las reacciones bioquímicas puede manifestarse en dos formas

a)      En reacciones sin transferencia de electrones

b)      En reacciones con transformación de electrones (Rx- de oxido-reducciòn)

En el caso a), la energía química implicada en estas reacciones es aprovechada en las denominadas moléculas ricas en energía, las cuales al hidrolizarse liberan un alto contenido energético, utilizado para muchas funciones con son los diferentes mecanismos fisiológicos o también para la producción de ATP (ADP + PI + Energía----- ATP). Algunas de estas moléculas ricas en energía libre de hidrolisis, se describen a continuación:

TABLA

Estas reacciónes de hidrólisis muchas veces se acoplan con reacciones endergónicas para que esteas puedan realizarse en forma espontánea. Consideremos el siguiente ejemplo:

Glucosa+ pi -------à Glucosa-6p +H2O            ∆G⁰ =+3.3 Kcal/mol

ATP+ H2O ----------à ADP + Pi                          ∆G⁰ =-7.3 kcal/mol     

Glucosa + ATP ----à Glucosa – 6p + ADP        ∆G⁰ =-4.0 kcal/mol        

Cuando esto sucede se denominan reacciones de acoplamiento

En el caso de las reacciones (B) La Energía liberada o implicada,  se consiera de tipo eléctrico y ocurre en todas aquellas reacciones bioquímicas  cuyas enzimas son clasificadas en la clase 1) de oxido-reducción.

La forma general de expresar estas reacciones es separándolas en 25 semi reacciones las cuales actúan sincronizadas y acopladamente.

Agente oxidante + n-e- ---à Producto reducido….     …  E⁰ r

 Agente reductor       ß-----    producto oxidado+ ne- …E⁰  ox

Rx neta: Agente oxidante + Agente reductor ---à producto reducido + producto oxidado : ∆E⁰

                                                                                ß---  

El potencial eléctrico o fuerza electromotriz de la reacción ∆E⁰ ; Corresponde a la suma de los potenciales de reducción (E⁰ r)  y de oxidación (E⁰ _OX) : ∆E⁰= E⁰ r + E⁰ _OX

Conversión de ∆E⁰ a ∆G⁰

Conversión de ∆E⁰ A ∆G⁰:

∆G⁰=-MF∆E⁰   

DONDE

m= mol de e-/mol cpto

F=constante de faraday (23.06 kcal/mol/mol: VoH)

∆E⁰ =Fuerza electromotriz (volt).

Poder de  oxidación y reducción.

Analizando la tabla de potenciales, observamos que todas las reacciones que están por encima de la tabla de reducción del H⁺

2H⁺+2e^- --à H₂ + 2e^-      E⁰r= 0.0 volt

              ß-

Deben actuar espontáneamente en sentido contrario o, o sea como agentes reductores del H⁺. Por lo tanto hacía arriba en la tabla aumenta el poder reductor. En cambio hacia abajo en la tabla las smirreacciones tiene un valor (+) con respecto al 2H⁺ 2e^-,  lo cual sginfica que actúan fácilmente como agentes oxidantes o sea ganando electrones por lo tanto hacía abjo en la tabla aumeta el poder oxidante.

Calculos para ∆E⁰ , ∆G⁰ Y ke

Cuando se tiene una reacción bioquímica, de oxido-reducción. El cálculo de ∆E⁰  Y ∆G⁰ y su espontaneidad implica varios pasos:

1)      Separar la rx en 2 semirreaciones y colocar los valores E⁰r y E⁰ox, Según la talba de pontencia.

2)      Suman los valores E⁰_r  y E⁰ox, para calcular  E⁰

3)      Calcular los valores de ∆G⁰  Utilizando la siguiente ecuación. ∆G⁰ = -nF∆E⁰

4)      Calcular la constante de equilibrio químico (ke) utilizando la ecuación ∆G⁰ = -RT Ln Ke,

Ke=  antilog + FAD/2.3 RT.

Ejemplo: Calcular los valores de ∆E⁰ , ∆G⁰ ,Ke y su espontaneidad para las siguiene rx. Realizada a25⁰ c

FUMARATO+FADH ---à SUCCINATO +FAD

1)      Fumarato +2H⁺ +2e^- ---à Succinato    E⁰_r=0.03v

                                                  ß-----

                     FADH₂ ---àFAD+2H⁺ +2e^-         E⁰ ox=  0.18v

                          ß-----                     

2)       FUMARATO +FADH₂   ß-----  SUCCINATO +FAD ∆E⁰ = 0.21V

                                                       ---à

(Nots de clase: Bioquímica. Transcripción digital: Andrey Sánchez)

(Edición de imagenes: Andrey Sánchez)