Teórico-Práctico N1 Bioenergética - agus luci

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Teórico-Práctico N°1
BIOENERGÉTICA
Cátedra de 
Química Biológica II
Año 2021
Facultad de Cs. Veterinarias
Universidad Nacional de Rosario
BIOENERGÉTICA
Estudia las transformaciones de energía
que tienen lugar en las células vivas
BIOENERGÉTICA
Estudia las transformaciones de energía
que tienen lugar en las células vivas
Para mantener su organización los sistemas vivos 
requieren energía
El sol es la fuente original de esta energía
Al oxidar nutrientes, se convierte la energía 
almacenada en los enlaces químicos en otras 
formas de energía
ENERGÍA
SOLAR
Células AUTÓTROFAS
Productoras 
de moléculas 
RICAS en ENERGÍA
Células HETERÓTROFAS
Consumidoras 
de moléculas 
RICAS en ENERGÍA
• CO2
• H2O
• Moléculas ricas en energía
• O2
METABOLISMO
Conjunto de transformaciones de materia y de
intercambios de energía que ocurren en el ser
vivo. Tiene dos fases:
CATABOLISMO
Degradación de moléculas 
complejas
Moléculas Moléculas
complejas simples
ANABOLISMO 
Síntesis de materia viva y de 
sustancias de reserva
Moléculas Moléculas
simples complejas
ENERGÍA ENERGÍA
SISTEMA: parte del universo 
que tomamos en consideración
SISTEMAS AISLADOS
NO intercambian materia 
ni energía con el 
medioambiente (entorno)
que los rodea
SISTEMAS CERRADOS
intercambian energía
pero NO materia
SISTEMAS ABIERTOS
intercambian energía
y materia
ENERGÍA ENERGÍA
MATERIA
SISTEMA
ENTORNO
UNIVERSO
Ejemplo: planeta Tierra Ejemplo: célulaEjemplo: termo 
cerrado (aislado 
temporario)
Termodinámica: es el estudio de los cambios y flujos de energía
Se puede describir la transición de un estado a otro para un sistema dado, 
en términos de las funciones termodinámicas de estado:
✓ENERGÍA INTERNA (E) expresa la energía total del sistema (E. cinética y E. 
potencial)
✓ENTALPÍA (H) representa el contenido de calor dentro del sistema
✓ENTROPÍA (S) se refiere al grado de desorden del sistema
✓ENERGÍA LIBRE DE GIBBS (G) equivale a la energía disponible 
que se puede convertir en trabajo.
ES LA MÁS ÚTIL PARA PREDECIR SI UNA REACCIÓN
PUEDE LLEVARSE A CABO EN UNA CÉLULA.
Las funciones de estado dependen del estado inicial y final del sistema,
y no del camino seguido para alcanzar ese estado, por ejemplo:
Las funciones de estado se definen mejor como la variación entre el estado
final y el inicial. Se representa como D (delta significa variación) 
D= estado final – estado inicial
DE, DH, DS, DG
Estado A
T= 20°C
Estado C
T= 100°C
Estado D
T= 40°C
Estado B
T=80°C
Las transformaciones biológicas de la energía siguen las leyes
de la termodinámica
1° Ley de la Termodinámica
PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA del universo.
LA ENERGÍA NO SE CREA NI SE DESTRUYE, SE TRANSFORMA
2° Ley de la Termodinámica
EN TODOS LOS PROCESOS NATURALES, LA ENTROPÍA DEL 
UNIVERSO AUMENTA
LAS DOS FUNCIONES ENTALPÍA Y ENTROPÍA SE RELACIONAN
MEDIANTE LA SIGUIENTE EXPRESIÓN, a Temperatura y Presión constantes:
DG = DH – T.DS
1 caloría (cal) = 4,18 Joule (J)
Siempre que una reacción química transcurre de manera
que aumenta el número de moléculas, hay un
aumento en el desorden molecular, y en la entropía
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
ESTADO INICIAL
7 moléculas
ESTADO FINAL
12 moléculas
AUMENTA LA ENTROPÍA
La 2° Ley afirma que la entropía del universo aumenta durante todos los procesos
naturales, pero no exige que el incremento de entropía tenga lugar en el sistema:
los organismos vivos conservan su orden interno tomando energía libre de su entorno
(nutrientes o luz solar) y devuelven al entorno una cantidad igual de energía
en forma de calor y entropía.
Los seres vivos consiguen mantener
BAJA ENTROPÍA
Incorporan
ENERGÍA
(nutrientes)
Expulsan MOLÉCULAS
y CALOR (desechos)
Aumentan
la entropía del 
ENTORNO
Pausa
La Variación de Energía Libre (DG) mide la capacidad de un sistema
para entregar energía
Permite predecir el sentido de una reacción química, pero no la velocidad
Permite saber si un proceso es espontáneo o no DG = G final – G inicial
DG < 0 Reacción ESPONTÁNEA (EXERGÓNICA)
DG >0 Reacción NO ESPONTÁNEA (ENDERGÓNICA)
DG = 0 Reacción EN EQUILIBRIO
(menor que cero)
(mayor que cero)
DG°: variación de Energía Libre en condiciones estándar de laboratorio
(concentraciones 1 M; T: 25°C (298°K); presión 1 atm; pH: 0 )
DG°’: variación de Energía Libre en condiciones estándar en los 
organismos biológicos (corregida a pH: 7 )
DG° = - 2,3.R.T. log Keq
DG = DG° + 2,3.R.T. log Q
DG° = estándar DG = real
R: constante de los gases: 8,3 J/mol.°K= 0,002 kcal/mol.°K
T: Temperatura en grados Kelvin → (T en °C + 273)= °K
Condiciones 
estándard
Condiciones 
no estándar
(condiciones
reales)
Q= [Productos]
[Reactivos]
Keq= [Productos] eq
[Reactivos] eq
IMPORTANTE
DG° = - 2,3.R.T. log Keq
DG = DG° + 2,3.R.T. log Q
DG° = estándar DG = real
R: constante de los gases: 8,3 J/mol.°K= 0,002 kcal/mol.°K
T: Temperatura en grados Kelvin → (T en °C + 273)= °K
Condiciones 
estándard
Condiciones 
no estándar
(condiciones
reales)
Q= [Productos]
[Reactivos]
Keq= [Productos] eq
[Reactivos] eq
Reactivos Productos
Kequilibrio DG° Dirección de la reacción
Mayor que 1 NEGATIVA hacia productos
1 CERO EQUILIBRIO
Menor que 1 POSITIVA hacia reactivos
(espontánea)
(no espontánea)
ENLACES FOSFOANHIDRIDO
(liberan energía cuando se rompen)
ENLACE FOSFOÉSTER
MOLÉCULAS RICAS EN ENERGÍA
ATP 
(ADENOSINA TRIFOSFATO)
La hidrólisis de ATP a ADP + Pi libera 7,3 kcal/mol de ATP 
(DG°= - 7,3 kcal/mol)
REACCIONES ACOPLADAS
Reacción 1 A + B → C + D
Reacción 2 D + E → F + G
Reacción total
DG1° = - 8 kcal/mol
DG2° = +3 kcal/mol
DGT° = DG1° + DG2° = (-8 + 3) kcal/molA + B + E → C + F + G
El proceso 
global es 
espontáneo 
(DGT° <0)
DGT° = - 5 kcal/mol
La reacción 1 tiene un DG1° negativo, quiere decir que libera energía,
mientras que la reacción 2, tiene un DG2° positivo,
significa que consume energía y no es espontánea, y por lo tanto, no ocurrirá.
En este caso, entonces, la célula “acopla” ambas reacciones, de manera que, la
Reacción 1 genera energía e impulsa a la reacción 2 para que ocurra.
De esta manera, sumando ambas reacciones, y sumando sus valores de DGT°
se obtiene una reacción global que sí se podrá llevar a cabo.
SINTESIS DE ATP
•FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
• FOTOFOSFORILACIÓN
•FOSFORILACION A NIVEL 
DE SUSTRATO
(GLUCÓLISIS, CICLO DE KREBS)
Para usar el ATP en la
SÍNTESIS de: 
-Proteínas
-Lípidos
-Hidratos de C
-ADN, ARN
•TRANSPORTE DE IONES
•CONTRACCIÓN MUSCULAR
UTILIZACIÓN DEL ATP
ADP 
+ Pi
ATP
Los nucleótidos de guanina como el GTP (guanosina trifosfato) 
poseen enlaces fosfoanhidrido de alta energía igual que el ATP
• BIBLIOGRAFÍA
• Lehninger, A.; Nelson, D.; Cox, M. “Principios de Bioquímica”. 
Ed. Omega, 2° edición.(disponible en pdf)
• Blanco, A. “Química Biológica”. Ed. El Ateneo 6° edición.
(disponible en pdf)
• Melo Ruiz, V.; Cuamatzi Tapia, O. “Bioquímica de los Procesos 
Metabólicos”. Ed. Reverté, 2° edición
• Smith,C.A. y Wood, E.J.; “Energía en los sistemas biológicos”
Resolver
1) La enzima fosfohexosaisomerasa cataliza la reacción de conversión entre 
fructosa-6-P y glucosa-6-P
Fru-6-P Glu-6-P
La constante de equilibrio a 37º C es: Keq = 2
En base a estos datos, calcular:
a) la variación de energía libre estándar (DGº’).
b) el valor de la variación de energía libre real y el sentido en que se irá
desplazando la reacción si las concentraciones se mantuvieran constantes
con los siguientes valores:
[F6P] = 0,02 M [G6P] = 0,16 M
2)
a) Calcular la variación de energía libre estándar que se produce por 
el acoplamiento de las reacciones: 
ATP + H2O ADP + fosfato DGº’ = -7.3 Kcal/mol
Glucosa +fosfato Glucosa-6-fosfato + H2O DGº’ = 3.3 Kcal/mol 
de acuerdoa la siguiente ecuación general:
Glucosa + ATP Glucosa-6-fosfato + ADP
b) Calcular el valor de la constante de equilibrio del proceso global
3)
a)¿Cuál de las siguientes reacciones posee un valor más elevado 
de su constante de equilibrio (keq)?
DG° (kcal/mol)
Malato Oxaloacetato 3,14
Glucosa-1-P Glucosa-6-P -1,74
Glucosa-6-P Fosfogluconato + NADPH + H+ -0,10
Malato + NAD+ Oxaloacetato + NADH + H+ 7,14
b) Calcule la variación de energía libre real (DG) para la reacción:
Malato Oxaloacetato DG° = 3,14
utilizando los siguientes datos: [malato] = 0,005 M [oxaloacetato]= 0,020 M
(T= 37°C)
4) Para sintetizar ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico (Pi),
se necesitan 7,3 kcal de energía libre en total, con reactivos y productos
en concentraciones 1M.
Como las concentraciones reales fisiológicas son diferentes de 1M;
calcular la variación de energía libre necesaria para sintetizar ATP en la célula,
cuando las concentraciones fisiológicas de ATP, ADP y Pi son:
[ATP] = 3,5 x 10-3 M
[ADP] = 1,5 x 10-3 M
[Pi] = 5 x 10-3 M