APUNTE 10 BIOQUIMICA

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Bioenergética Oxidación biológica Cadena 
respiratoria Fosforilación oxidativa 
 
BIOENERGETICA: 
❖ La bioenergética, o termodinámica Bioquímica, es el 
estudio de las transformación y cambios de energía que 
acompañan a reacciones. 
IMPORTANCIA BIOMEDICA: 
❖ Los sistemas biológicos son isotérmicos y 
utilizamos la energía química para realizar los procesos 
vitales. 
❖ La forma cómo hace el ser humano o un animal 
para obtener esta energía a partir de sus alimentos es básica 
para comprender la nutrición y el metabolismo normal. 
Isotérmico. -Variación del estado de un sistema físico durante el cual la 
temperatura del sistema permanece constante. En la biología, las interacciones de 
una célula con sus células circundantes se realizan mediante procesos isotérmicos. 
HORMONAS TIROIDEAS: 
1. Muerte por inanición: Ocurre cuando se agotan las reservas de energía 
disponibles. MARASMO, es un tipo de desnutrición por carencia de 
alimentos en general, y por lo tanto, también de energía 
2. Obesidad: Almacenamiento excesivo de energía excedente. Enfermedades 
cardiovasculares Diabetes Mellitus tipo 2 Disminuye la esperanza de vida 
 
PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA: 
 
“Conservación de la energía”. 
La energía total de un sistema, incluso sus alrededores permanecen constantes. 
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA: 
 “Para que un proceso ocurra de manera espontánea, es necesario que 
la entropía total de un sistema aumente hasta un valor máximo” 
ENERGIA INTERNA DE UN SISTEMA: 
La energía interna de un sistema está conformada por la energía que 
puede ser utilizada para realizar trabajo (energía libre) y la energía 
que no puede ser usada para hacer trabajo 
E. INTERNA = E. TRABAJO (LIBRE) + E. NO TRABAJO 
 
ENERGIA LIBRE DE UN SISTEMA: 
El cambio de energía libre de Gibbs (∆G), es el cambio de la energía de un sistema que está 
disponible para desempeñar trabajo, la energía útil, también conocida como potencial 
químico. 
LA ENERGÍA LIBRE DE GIBBS (∆G) UN INDICADOR DE ESPONTANEIDAD: 
❖ Los sistemas biológicos son sistemas abiertos por lo cual, se requiere una nueva función 
de estado que incluya tanto entalpia (energía) como entropía. 
❖ La variación de energía libre de Gibbs (G) es la función de estado que mejor describe 
la segunda ley en sistemas biológicos. 
• ∆G Es el cambio de energía libre de Gibbs 
• ∆H Es el cambio de entalpía (energía) 
• ∆S Es la diferencia de entropía (orden) T Es la temperatura absoluta (en °K) 
(a T y P constante) 
PROCESO EXERGONICO: 
❖ Si ∆G es negativa (∆G <0). 
❖ La reacción procede de manera espontánea y libera 
energía. 
❖ Si ∆G es de gran magnitud, la reacción avanza casi 
hasta completarse (se favorece la formación de productos sobre los reactantes) y es, en 
esencia, irreversible. 
PROCESO ENDERGONICO: 
❖ Si ∆G es positiva (∆G >0) 
❖ La reacción para efectuarse requiere que el sistema adquiera 
energía libre. No es espontáneo. 
❖ Si ∆G es de gran magnitud, el sistema es estable, con poca 
o ninguna tendencia a que ocurra la reacción (se favorece la 
permanencia de los reactantes sobre la formación de 
productos). 
∆G =0 (el sistema esta en equilibrio) 
ENERGÍA LIBRE ESTÁNDAR (ΔG°´) 
❖ Es el cambio en energía libre en una reacción cuando se lleva a cabo en condiciones 
estándar (concentración de reactivos y productos es de 1 mol L-1), aunque esta 
representación es de un estado no fisiológico, es útil para comparar cambios de energía 
en diferentes reacciones. 
❖ Para reacciones bioquímicas, un estado estándar es definido como tener un pH de 7.0. 
❖ El cambio de energía libre estándar es indicado por (ΔG°´). 
❖ La variación de energía libre estándar ΔG°´ nos dice en qué dirección y hasta qué 
punto transcurrirá la reacción para alcanzar el equilibrio. 
• ∆G°´ = - R T ln k´eq 
• ∆G: Es el cambio de energía libre estándar 
• R: Es la constante gaseosa 
• T: Es la temperatura absoluta ( en K) 
• k´eq (Constante de equilibrio) 
 
PROCESO ENDERGÓNICOS ESTAN ACOMPLADOS A PROCESOS 
EXERGÓNICOS: 
❖ En la mayoría de los casos, las células utilizan una estrategia denominada 
acoplamiento de reacciones, en la que una reacción energéticamente favorable 
(como la hidrólisis de ATP) se vincula 
directamente con una reacción 
energéticamente desfavorable 
(endergónica). La vinculación suele ocurrir 
mediante un compuesto intermedio 
compartido, lo que significa que el producto 
de una reacción es "tomado" y utilizado 
como reactivo en la segunda reacción. 
❖ Si la reacción que se muestra en la figura (A) va de izquierda a derecha, el 
proceso general debe acompañarse de perdida de energía libre como calor. 
INTERMEDIARIOS DE ACOPLAMIENTO: 
Un mecanismo posible de acoplamiento podría imaginarse si un intermediario (I) 
obligatorio común tomó parte en ambas reacciones, esto es: 
A + C → I → B + D 
Este tipo de sistema tiene un 
mecanismo integrado para el control 
biológico de la velocidad de los 
procesos oxidativos. 
COMPUESTOS DE ALTA ENERGIA: 
❖ Se sintetizan compuestos de alta 
energía potencial e en las reacciones 
exergónicas, e incorporan este nuevo 
compuesto hacia la reacción 
endergónica. 
❖ La ventaja biológica de este 
mecanismo es que el e al contrario de I, 
no necesita estar relacionado de modo estructural con A, B, C y D. 
❖ En la célula viva, el principal compuesto de alta energía (designado como e, I) 
es el: ADENOSIN TRIFOSFATO (ATP) 
FOSFATOS DE ALTA ENERGIA 
❖ Los fosfatos de alta energía desempeñan 
una función importante en la obtención 
y transferencia de energía libre desde los 
procesos exergónicos hacia los 
endergónicos. 
❖ Cuando sus enlaces se rompen liberan mucha energía. 
HIDROLISIS DE ATP: 
El valor energético de la hidrólisis del fosfato terminal del ATP divide a los fosfatos 
en dos grupos: 
1. Fosfatos de baja energia → fosfato ester → intermediario de la glucolisis 
2. Fosfatos de alta energia → anhidridos (1-fosfato del 1,3 biofosfoglicerato) 
enolfosfatos (fosfoenol piruvato), fosfoguanidinas (creatina fosfato, 
arginina fosfato. 
FOSFATOS COMO MONEDAS DE ENERGIA DE LA CELULA: 
 
FUENTES PRINCIPALES DE FOSFATOS DE ALTA ENERGIA: 
❖ Glucolisis: De la formación de lactato a partir de una molécula de glucpsa 
resulta la formación neta de 2 ATP. 
❖ Fosforilación oxidativa: Es la fuente más grande de fosfatos de alta energía 
en los organismos aerobios. El 90 % de la energía celular en forma de ATP 
es producida de esta forma. La energía libre proviene de la oxidación en la 
cadena respiratoria utilizando oxígeno molecular en el interior de las 
mitocondrias. 
EL ATP PERMITE EL ACOMPLAMIENTO DE REACCIONES 
DESFAVORABLES A FAVORABLES: 
❖ La fosforilación de glucosa a glucosa-6-
fosfato es muy endergónica y no procede 
en condiciones fisiológicas. 
❖ Para que tenga lugar, la reacción debe 
acoplarse a otra reacción más exergónica, 
como la hidrolisis del fosfato terminal del 
ATP. 
LA ADENILATOCINAS O ADENILILCINASA (MIOCINASA) 
Cataliza la reacción entre pares de moléculas de ADP, abundantes en los periodos 
de restricción energética, con formación de ATP y AMP. 
1. El fosfato de alta energía en el ADP se usa en la síntesis de ATP. 
2. El AMP, como consecuencia de varias reacciones, se recupera mediante 
refosforilación hacia ADP. 
3. Aumenta la concentración de ADP cuando el ATP se agota y actúa como una 
señal metabólica, para incrementar el 
índice de reacciones metabólicas y 
generar mas ATP. 
OXIDACION BIOLOGICA: 
IMPORTANCIA BIOMEDICA: 
❖ La oxidación y reducción son procesos que se acoplan a los sistemas biológicos. 
❖ La vida de los animales depende de los suministros de oxigeno para la 
respiración. 
❖ Deshidrogenasas no usan oxigeno en la oxidación. 
❖ Incorporación de oxigeno molecular a diversos sustratos. Mediante las enzimas 
Oxigenasas. 
❖ Citocromo P450 ->Metabolismo de fármacos contaminantes y cancerígenos. 
ENERGIA LIBRE EXPRESADO EN POTENCIAL REDOX:❖ En las reacciones que llevan oxidación y reducción, 
el cambio de energía libre es proporcional a la 
tendencia de los reactivos a donar electrones o aceptarlos. 
❖ La relación que existe entre la energía libre y la energía eléctrica o redox es: 
OXIDASAS: 
❖ Catalizan la 
eliminación del 
hidrógeno de un 
sustrato usando al 
oxigeno como aceptor 
del hidrógeno. 
❖ Forman agua o peróxido como un producto de reacción. 
CITOCROMO OXIDASA: 
Es una hemoproteína ampliamente distribuida en muchos tejidos, tiene el grupo 
prostético hem, es el componente terminal de la cadena de acarreadores respiratorios 
encontrado en mitocondrias y transfiere electrones originados por la oxidación de 
moléculas de sustrato de deshidrogenasa hacia su aceptor final, oxigeno. 
FLAVOPROTEINAS: 
Las enzimas flavoproteína contienen flavina mononucleotido (FMN) o flavina 
adenina dinucleótido (FAD) como grupos prostéticos, se forman en el cuerpo a partir 
de la riboflavina (vitamina B2). 
FUNCIONES DE LAS DESHIDROGENASAS: 
❖ Transferencia de H de un sustrato a otro en 
una reacción acoplada de oxido reducción. 
❖ Como componente de la cadena 
respiratoria, transporta electrones hacia el 
oxígeno. 
MUCHAS HIDROGENASAS DEPENDEN DE: 
❖ Nicotinamida (vitamina B3): Las deshidrogeneasas ligadas a NAD catalizan 
reacciones de oxidorreduccion en las vías oxidativas del metabolismo 
❖ Riboflavina (vitamina B2): Casi todas las deshidrogenasa enlazadas con 
rivoflavina están relacionales con el transporte de electrones en la cadena 
respiratoria. 
CITOCROMOS: 
Son proteínas que en la cadena respiratoria participan como acarreadores de 
electrones desde flavo proteínas por un lado hasta citocromo oxidasa por el otro. 
DESHIDROGENASAS QUE UTILIZAN NAD+ (nicotinamida adenina 
dinucleótido) 
Catalizan reacciones de oxidoreduccion en las vias oxidativas del metabolismo: 
glucolisis, ciclo del acido citrico y cap. resp. de la mitocondria 
DESHIDROGENASAS QUE USA NADP+ 
Este tipo de deshidrogenas se encuentran en la síntesis reductiva. Como: 
❖ Vía extramitoncondrial de la síntesis de ac. Grasos 
❖ Síntesis de esteroides 
❖ Vías pentosas fosfato. 
CLASIFICACION DE LAS OXIDOREDUCTASAS: 
1. Peroxidasas: Hemoproteína de los leucocitos. Cataliza la conversión de un 
donador y peróxido en un donador oxidado y agua. 
 
2. Catalasas: La catalasa es una enzima perteneciente a la categoría de las 
oxidorreductasas que cataliza la descomposición del peróxido de hidrógeno 
(H2O2) hacia oxígeno y agua. 
 
OXIGENASAS: 
❖ Forman parte del grupo de oxidorreductasas. 
❖ Intervienen en la síntesis o degradación de diferentes tipos de metabolitos. 
❖ Catalizan la incorporación de oxígeno a una molécula de sustrato 
CLASIFICACION: 
1. Dioxigenasas: Incorpora ambos átomos de oxigeno molecular al sustrato. 
A + O2 AO2 
Tenemos enzimas hepáticas, que contiene hierro y la L-triptofano dioxigenasa. 
2. Monooxigenasas: Son oxidasas de función mixta. 
A─H+O2+ZH2→A─OH+H20+Z 
Incorporan un solo átomo de oxigeno molecular al sustrato. 
El otro átomo de oxigeno se reduce a agua. 
CITOCROMO P450: 
❖ Son monoxigenasas importantes para la detoxificacion de muchos fármacos y la 
hidroxilacion de esteroides. 
❖ Están localizados sobre todo en el retículo endoplásmico en hígado e intestino 
aunque también se encuentran en algunas mitocondrias. 
SUPEROXIDO DISMUTASA: 
❖ La superóxido diminutasa protege a 
los organismos aeróbicos contra 
toxicidad por oxígeno. 
❖ La transferencia de un electrón único al O2 genera el radical libre anión 
superóxido (O2−) en potencia perjudicial, que da lugar a reacciones en cadena de 
radical libre, lo cual amplifica sus efectos destructivos. 
RADICALES LIBRES: 
son moléculas inestables que 
recorren nuestro cuerpo 
intentando robar un electrón con 
vistas a recuperar su estabilidad 
electroquímica. Esto las hace 
muy peligrosas, porque para 
conseguirlo atacan moléculas estables.