La energía del universo y la fisiología pptx

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LA ENERGÍA DEL UNIVERSO Y 
LA FISIOLOGÍA 
EL COMPORTAMIENTO DE LA ENERGÍA DE LOS 
ORGANISMOS VIVOS, ASÍ COMO DEL TODO EL 
UNIVERSO, OPERA DE ACUERDO CON LAS LEYES DE LA 
TERMODINÁMICA
• LA PRIMERA LEY: establece que la energía del universo es constante 
, ni se produce ni se destruye , puede transformarse, adquiriendo 
diferentes modos de expresión 
• LA SEGUNDA LEY: establece que todos los procesos espontáneos 
están caracterizados por el aumento en el nivel de entropía del 
sistema donde ocurren dichos procesos (grado de desorden) . Un 
proceso que acontezca en un sistema que se torna más ordenado 
debe estar necesariamente acoplado a una reacción en que aumente 
la entropía 
LA VARIACIÓN DE ENERGÍA LIBRE (DG) ASOCIADA A 
UNA REACCIÓN QUÍMICA PUEDE SER UTILIZADA PARA 
GENERAR TRABAJO
•Gibbs creó el concepto de energía libre (G) al combinar la primera 
y segunda ley, la ecuación permite predecir si una reacción química 
puede o no ocurrir espontáneamente 
• Si una reacción química ocurre espontáneamente es porque los 
reactantes, en la concentración y temperatura dadas, contiene la 
energía necesaria para permitir dicha reacción sin intervención 
externa al proceso
• La manera de expresar la energía contenida en los reactantes es a 
través de la DG, es la variación de la energía libre de una reacción 
•Dicha energía puede ser utilizada para generar trabajo útil mediante 
otra reacción
EJEMPLO DE LA HIDRÓLISIS DEL ATP
• En condiciones fisiológicas , se transforma en ADP gracias al reactante 
que contiene la energía necesaria 
• La energía del ATP se libera tras su hidrólisis 
• ATP 🡺 ADP + PO3
• Es espontánea si la DG da valor negativo
• DG positivo no puede ser espontánea 
• En condiciones fisiológicas la hidrólisis del ATP rinde 12000 calorías 
• ATP 🡺 ADP+ PO3 (DG = -12000 cal) Ocurre espontáneamente 🡺 se 
denominan reacciones favorables 
• ADP + PO3 🡺 ATP (DG= +12.000 calorías) no ocurre espontáneamente 🡺 
se denomina desfavorables y absorbe energía 
CONCEPTO TERMODINAMICO
• La formación de una estructura química ordenada es 
habitualmente desfavorable
• Favorables ( es el aumento de grado de desorden) 
• Si deseamos elevar una roca de 100kg a 20mts , lo cual es un 
proceso desfavorable , que no ocurrirá espontáneamente.
•Pero si por una polea colocamos una roca de 101 kg, proceso 
favorable , produce el otro proceso acoplado
• Los procesos fisiológicos ocurren gracias a energía “sintonizada” 
por el organismo anatómico
DIFERENCIAS ENTRE ORGANISMO 
ANATÓMICO DEL FISIOLÓGICO 
•Anatómico es un conjuntos de estructuras inertes, estáticas y 
despojadas de energía 
Es la concepción morfológica del organismo ,indistintamente de su 
macroscopia o microscopia 
• Fisiológicos, posee funciones interdependientes y equilibradas, y por 
tal razón requiere de energía 
Está dado por las reacciones químicas que ocurren y que posibilitan 
el funcionamiento del órgano 
LAS METÁFORAS DE LA ENERGÍA 
• Gracias a sus cualidades fisicoquímicas , el principal donante de energía 
en la mayoría de los procesos fisiológicos es el ATP, o la hidrólisis de la 
misma , llevada a cabo en una reacción favorable (DG negativa (-) ) 
• El ATP no se almacena , la Fosfocreatina sí 
• Un organismo humano consume 40 kg de ATP x día y en alto 
rendimiento 500gr x minuto
• Si el ATP se acumulara en cantidades importantes , disminuiría la energía 
liberada tras su hidrólisis,
• El consumo inmediato del ATP no solo cumple una función de alivianar 
al organismo ,sino que también determina la reacción ATP🡺 ADP + PO3
EL FLUJO DE ENERGÍA EN EL 
ORGANISMO VIVO, LA SINTESIS DEL 
ATP
• La energía liberada x la hidrólisis del ATP es utilizada en tres 
funciones
•1) formación de los gradientes electroquímicos que permiten el 
potencial de acción nervioso x ej.
•2) en la síntesis de macromoléculas
•3) activación de los “motores moleculares “ como los que hacen 
funcionar al sarcomero
EL ATP ES LA MONEDA CORRIENTE DE 
INTERCAMBIO DE ENERGÍA 
•Es una molécula formada por un azúcar –ribosa- , un nucleótido- 
adenina- , y tres radicales “fosfatos “
• Los 2 últimos fosfatos se hallan conectados con el remanente a 
través de enlace de alta energía, capaces de liberar 12.000 calorías 
tras su hidrólisis
•Por ser una molécula lábil y con enlaces de alta energía se la conoce 
como la “moneda corriente “
CONCEPTO DE OXIDO REDUCCIÓN
• La reducción es una reacción química a través de la cual una 
sustancia gana electrones , (e-)
• La oxidación es una reacción donde se pierden e- 
• Los e- ganados por una sustancia que se reduce proviene de otra 
que se oxida, ya que los e- no son capaces de permanecer 
disociados de los átomos 
•Habitualmente, cuando se produce una reacción de oxido-reducción , 
el e- que pasa lo acompaña un protón ( H+)
La oxidación de los nutrientes libera energía 
que es aprovechada para sintetizar ATP
• Es un proceso favorable y escalonado
• Favorable porque es espontáneo para la realización de trabajo útil
• Escalonado significa que la transferencia no se produce directamente, desde el 
nutriente hacia la síntesis de ATP, sino que participan diferentes intermediarios 
• Si fuera directa se produciría mucho desperdicio de energía en forma de calor 
• X ej. oxidación de glucosa, (cada mol de glucosa- 180 gramos – se liberan 686000 
calorías de energía
• Un mol de ATP contiene en sus uniones 12000 calorías 
• La glucosa implicaría generar 57 moles de ATP (686000/12000) dicha reacción 
necesita como mínimo de 57 reacciones por cada mol de glucosa
LOS EQUIVALENTES DE REDUCCIÓN 
SON TRANSPORTADORES DE ENERGÍA 
• La energía contenida en los nutrientes es “extraída” a través de la 
oxidación de tres maneras posibles 
•1- liberación de calor 
•2- síntesis directa de ATP ( como en la glucólisis)
•3-transferencia de e- a los equivalentes de reducción ( estos últimos 
conocidos como NAD y FAD. (son moléculas derivadas de vitaminas 
capaces de aceptar y formar uniones de alta energía con e- y 
H+(mediantes estas uniones conservan energía y la transportan a la 
cadena respiratoria de la mitocondria , donde se produce el ATP
GLUCÓLISIS, FORMACIÓN 
EXTRA-MITOCONDRIAL DE ATP Y 
FORMACIÓN DE PIRUVATO
• La destrucción de una molécula de glucosa, que permite formar ác. pirúvco , se 
conoce como glucólisis 
• Proceso favorable, formado por 10 reacciones químicas catalizadas por enzimas 
citoplasmáticas 
• Cada molécula de glucosa en glucólisis rinde 2 moléculas de ATP(se producen 4 y se 
consumen 2)
• No confundir con la Fosforilación oxidativa que ocurre dentro de la mitocondria 
• La producción no mitocondrial de ATP, que permite entender estrategias ante la hipoxia 
• La molécula de glucosa pierde en la glucólisis 56000 calorías de las 686000 que 
contiene y si tenemos en cuenta que la producción de ATP aprovecha 24.000 calorías 
se deduce que 32000 se disipan como calor 
• Mas 600.000 calorías quedan conservadas en la glucólisis , que es ác. pirúvico o 
piruvato
FORMACIÓN DE ACETIL COA
• A partir del piruvato se forma la Acetil Co A , mediante una reacción 
favorable, 2 moléculas de CO2 y 4 de H son despojados de la glucosa 
previamente transformada en piruvato
• Luego los H se disocian para formar H+ y e- 
• Luego el H+ será utilizado para formar el gradiente mitocondrial 
•Mientras que los e- son cedidos y serán aceptados por equivalente de 
reducción para posteriormente ser cedidos a la cadena respiratoria 
• El remante de piruvato se asocia a la Coenzima A, quees otra vitamina, 
para formar Acetil CoA que ingresará al ciclo de Krebs (donde continúa la 
extracción de energía).
EL CICLO DE KREBS ES LA VÍA FINAL COMÚN DE 
OXIDACIÓN DE LOS NUTRIENTES Y REPRESENTA UN 
MECANISMO FUNDAMENTAL EN LA CONSERVACIÓN 
DE LA ENERGÍA 
•El ciclo de Krebs está constituido por reacciones de oxidación en 
serie que liberan energía a través de la transferencia de e- hacia 
equivalentes de reducción.
•Ocurre en la matriz mitocondrial, es globalmente favorable (vía final 
común de nutrientes (lípidos, hidratos de carbono y proteínas).
• La energía conservada, será utilizada por la cadenas respiratoria para 
la formación mitocondrial de ATP.
LA CADENA RESPIRATORIA UTILIZA LA ENERGÍA 
DERIVADA DE LA OXIDACIÓN DE LOS NUTRIENTES 
PARA CREAR UN GRADIENTE DE PROTONES
•Cuando se reducen el NAD y FAD , éstos adquieren la energía que 
antes poseía el nutriente y ahora es conservada en una nueva 
especie química
• Los e- asociados a los equivalentes de reducción son transferidos 
a la cadena respiratoria 
•Cadena conocida como transportadora de e- , formada por 
proteínas que están en la membrana mitocondrial interna y se 
transfieren e- secuencialmente 
•El mayor aceptor de e- de la cadena es el O2 que tras asociarse 
con 2 e- cedidos y 2 H+ forman agua ( ½ O2 + 2H++ 2 e🡺 H2O)
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
•A medida que se transfieren e-, la energía que conservan, las 
especies químicas , es utilizada para “bombear” H+ desde la matriz 
mitocondrial hacia el espacio intermembrana.
•Dicho bombeo produce un gradiente x la acumulación de H+ , que 
es aprovechado para sintetizar ATP.
•El mecanismo de transformación está mediada por la ATP sintetasa.
• La fosforilación oxidativa es la disipación del gradiente 
mitocondrial y el aprovechamiento de su energía potencial para la 
síntesis de ATP.
RADICALES LIBRES
•Hasta un 10% del O2 que llega a la mitocondria no se reduce en 
agua , generando las especies reactivas del O2 (ROS en inglés) 
•Ej Oxigeno libre o de orbital único (singlet 1 O2)
• El radical Hidroxilo (OH-)
• El ión superóxido (O2-)
•Al interactuar con los lípidos de membrana, con proteínas y ADN 
tienden a producir reacciones en cadena con la formación de 
peróxidos y radicales orgánicos que lesionan la membrana celular y 
desnaturalizan proteínas y ác nucleicos
RADICALES LIBRES
•En condiciones normales hay amortiguadores como la enzima 
superóxido dismutasa (SOD) que transforma el ión suproxido en 
H2O2, que forma agua por acción de catalasas y la glutathion 
peroxidasa
• La membrana tiene alfa tocoferoles (Vit. E) que actúa como 
neutralizador de radicales libres, formado hidroperóxidos (inocuos)
•Gracias a la vit C se reconvierte en Vit E, por eso son antioxidantes 
como la xantino-oxidas(allopurinol) y los polifenoles (brócoli, té 
verde , vino tinto)
ACIDOSIS LÁCTICA
•Qué ocurre si el O2 no puede aceptar los e-?
• La cadena respiratoria no puede “descargar” sus e-, y se vuelve 
incapaz de aceptar derivados del ciclo de Krebs
•Eso produce una disminución crítica de la disponibilidad de energía 
utilizable , por incapacidad de sintetizar ATP
•El Piruvato no se transforma en Acetil Co A , sino que a través de 
una vía alternativa se transforma en lactato, esto permite reoxidar 
a los equivalente de reducción 
•Asegurando la progresión de la glicólisis que aporta una cantidad 
menor de ATP
• La producción de ATP a través de la oxidación de la glucosa en ausencia 
de O2 se llama Glucólisis anaeróbica 
• Esto implica la formación de lactatos 
• Produce un descenso del pH
• También produce esto la falta de tiamina que inhibe la enzima piruvato 
deshidrogenasas, catalizadora de la transformación de piruvato en Acetil 
Co A 
• La intoxicación con aspirina) produce disociación o desacople entre la 
cadena respiratoria la fosforilación oxidativa, la que libera la energía en 
forma de calor y la producción de ATP se produzca por la via anaeróbica 
ACIDOSIS LÁCTICA
DESACOPLE DE LA RESPIRACIÓN CELULAR 
Y LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
•Como la membrana mitocondrial es impermeable a los H+, estos 
deben retornar a través de la bomba F1F0, proceso mediante el cual 
se regenera ATP
• Si se perdiera porque la membrana fuera permeable se disiparía en 
forma de calor 
• La grasa marrón o parda es un tipo especial de tej. adiposo que se 
encuentra en cuello y dorso de mamíferos de poco pelo(neonatos 
humanos) (previene la hipotermia) por ,medio de este mecanismo 
de desacople (termogénesis sin escalofríos ) 
• La hipoxia citopática también desacopla como la intoxicación x 
cianuro 
COMBUSTIBLES CELULARES
• Las células obtienen energía para resintetizar su ATP de la oxidación de 
nutrientes proveniente de reservas o nutrientes de ingesta
• La glucosa es el principal combustible 
• El SNC lo tiene como preferencial, los Ácidos grasos libres NO pasan la 
barrera HE
• Cuando baja la glucosa de 70 se produce el coma hipoglucémico , para 
evitar esto el Hígado entrega glucosa constantemente por la 
gluconeogénesis ,a partir de glucógeno que se deposita en Hígado 
• Las reservas del músculo de glucógeno se utilizan para la glucólisis rápida 
en condiciones de actividad muscular fásica 
COMBUSTIBLES CELULARES
• Los lípidos representan el combustible más potente y mas abundante
• Para un mismo peso (1gr) de AGL generan mas del doble de la energía 
que los H de C y los Aa (9Kcal contra 4 Kcal)
• Cuando un AGL entra al Krebs a través de la beta oxidación (genera x ej. 
palmitato) hasta 129 ATP x molécula oxidada
• El tejido muscular utiliza AGL como combustible habitual del sistema 
aeróbico y recurre a a la glucosa en el ejercicios intenso
• El aporte de AGL redunda en exceso de Acetil Co A que se deriva a 
cuerpos cetónicos , estos pasan la BHE y pueden ser usados x las neuronas 
• Los Aa son fuente alternativa (el riñón la utiliza aprovechando la 
formación de amoniaco desde la glutamina) 
REGULACION DEL CONSUMO DE 
OXIGENO
• Cuando la célula está en actividad el requerimiento de ATP es alto y por 
los tanto , el Krebs aporta los compuestos intermedios que proviene de 
la oxidación
• Si tiene baja actividad, esos compuestos pasan a la maquinaria sintética 
(de glucógeno y lípidos de reserva) en lugar de oxidarse y pasar a CO2 y 
H2O
• Si se reduce el consumo de O2 se favorece el anabolismo
• Papel del NO mitocondrial en mediar un freno en la cadena 
respiratoria(citocromo C) que favorece la maquinaria de síntesis 
• La insulina favorece el NOS, facilitando a producción de NO que al disminuir 
el VO2max beneficia la síntesis de glucógeno muscular 
COCIENTE RESPIRATORIO
• La glucosa consume 6 moléculas de O2,para oxidarse y produce 6 
mol de CO2,la relación es 1 (VCO2/VO2) 🡺 esto se denomina 
Cociente respiratorio (qR)
•Un AGL (palmítico) consume 23 mol e O2 y forma 17 de CO2, qR= 
0,7
• Los Aa tiene un qR 0,82
•Mas de 1 se da cuando se utiliza lactato en ejercicios de gran 
actividad 
ENERGÉTICA Y EJERCICIO
•Continnuum energético : Es cuando se comienza a trotar se pasa 
de 250 mL/min a 1500 mL/min (6 METs, con lo cual el mecanismo 
aeróbico de producción de ATP pasa al anaeróbico rápidos y lentos 
• Los primeros 30” son cubiertos x la Fosfocreatina , propiedad del 
músculo esqueléticos (donde se almacena) con muchas uniones 
fosfatos 🡺 la fosfocreatina se transforma en creatina y resintetiza 
el ADP a ATP
•Agotada ésta , la célula pasa al mecanismo del ác. láctico, que si 
bien es menos eficiente ,mantiene el ATP suficiente para continuar 
•Hasta volver al mecanismoaeróbico 
FISIOLOGÍA DEL EJERCICIO 
•Es la rama de la Fisiología que trata de interpretar y explicar las 
respuestas del organismo durante el esfuerzo físico, dependen de la 
intensidad, duración, frecuencia a las cuales es sometido, y las 
situaciones desfavorables del medio ambiente y el estado de aptitud 
física fisiológica basal de cada individuo.
•El Musculo tiene fibras: 
• Rápidas o Fast twich.
• Lentas o Slow twich con distintas subclasificaciones.
LAS FIBRAS RÁPIDAS 
•Tienen mayor cantidad de enzimas glucolíticas 
 x ej. la LDH (láctico dehidrogenasa) que interviene en la 
conversión del piruvato a lactato cuando recibe los H+ del NADH.
x lo tanto cuando hacemos ejercicios aeróbico, se produce NADH por 
transferencia al NAD (oxidado) de los e- , e H+ producidos en los 
pasos de la glucólisis.
El NADH (se llama NAD reducido) entra a la mitocondria del Músculo 
Cardiaco x medio de malato/aspartato.
Esquelético x medio de glicerol/ fosfato.
En presencia de O2 ,le llamamos glucólisis lenta.
QUE PASA SI SUBIMOS A 10 METS
• Se formará mucho NADH
• la cantidad de mitocondrias son insuficientes para poder entregar 
los H+ y e-
•Entonces en NADH entregará H+ e exceso al ác. pirúvico para 
transformarse en ác. láctico x acción de la LDH
 
LA FORMACION DE LACTATO O PIRUVATO DEPENDE DE LA ACTIVIDAD 
MITOCONDRIAL Y NO DE LA PRESENCIA DE O2
A esto le llamamos glucólisis rápida 
NIVELES DE LACTATO 
Cuando se mejora el entrenamiento aeróbico 
Se mejora el consumo de >O2
Aumenta la densidad de mitocondrias 
Mayor vías para lavar el lactato que se forma x mayor oxigenación 
o de la gluconeogénesis 
ANTES se consideraba al Ac Láctico como un metabolito negativo
Su mayor producción contribuye a la fatiga muscular
AHORA es un componente muy importante como combustible ya 
que x diferentes mecanismo se transforma en Glucosa ( por ej ciclo de 
Cori) para ser utilizado
DEUDA O DÉBITO DE O2: EXCESO DE 
CONSUMO DE O2 POST-EJERCICIO 🡺 ECOP 
(EXCESO DE CONSUMO DE O2 POST-ESFUERZO) 
• A) El aumento de la T° consecuente del ejercicio incrementa la velocidad 
de consumo de O2 mitocondrial para reacoplar la cadena 
• Actividad de los ác. grasos, mantienen desacoplada la relación 
fosforilación /oxidación, aumentan la temperatura en el post-esfuerzo
• Aumento de las catecolaminas , corticoides y hormona tiroidea aumenta 
la permeabilidad de Na+ y K+, eso aumenta la actividad de la bomba 
Na+/K+ , requiriendo mayor consumo de ATP y eso incrementa la 
demanda de O2
• Ca++ aumenta los requerimientos de O2, x el mayor secuestro de Ca++ 
mitocondrial, y este desarrolla el desacople fosforilación/oxidación 
FIN