11va-clase-Introduccion-al-metabolismo_2

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INTRODUCCION 
AL METABOLISMO
UNLAM
Objetivos de la clase:
Aprender los conceptos básicos de TERMODINAMICA, 
ANABOLISMO, CATABOLISMO, REDUCIR, OXIDAR.
Analizar el intercambio de energía que se genera entre un sistema y 
su entorno. 
Introducir al tema de respiración celular, y analizar como se obtiene 
energía a partir de los macronutrientes ingeridos. 
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¡Comenzamos!
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TERMODINÁMICA: estudio de 
los intercambios de energía en
un proceso químico.
Un proceso químico que ocurre
dentro de un SISTEMA.
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SISTEMA es el conjunto de 
materia en estudio
ENTORNO es el medio que 
rodea al sistema
SISTEMA + ENTORNO = 
UNIVERSO
TIPOS DE SISTEMAS
¿Las células a 
que sistema 
pertenecen?
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ENERGÍA
ES LA CAPACIDAD DE UN SISTEMA 
PARA REALIZAR UN TRABAJO
Una reacción química utiliza: 
E interna del sistema, compuesta por 
E cinética molecular y E potencial química
ENERGÍA
A + B C + D
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TIPOS DE ENERGIA
Energía cinética: energia proveniente de movimiento
Energía cinética molecular: suma de las energias 
cinéticas de todos los átomos de un sistema, provenientes
del movimiento de las moléculas que lo componen. 
Traslación
Vibración
Rotación
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Energía potencial: energía almacenada en un sistema 
proveniente de la posición en un campo de fuerzas, o 
sus de sus components.
Energía potencial química: suma de las energías que 
hay en las moléculas de un sistema y que lo mantienen
unido
TIPOS DE ENERGIA
O
H
H Na
+
Cl
-
δ-
δ+
δ+
O
H
H
O
H
H
Unión Puente 
de Hidrógeno
Unión 
ión- dipolo
Unión iónica
Unión 
covalente
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Cada molécula tiene una 
E potencial igual a la 
cantidad de E que se 
necesitó para su síntesis 
Termodinámica
1° LEY DE LA TERMODINÁMICA:
LA ENERGIA TOTAL DEL UNIVERSO 
PERMANECE CONSTANTE, 
NO SE CREA NI SE DESTRUYE
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ENERGÍA no se pierde, se transforma
•POTENCIAL
•MECÁNICA
•LUMINOSA
•ELÉCTRICA
•QUÍMICA 
•CALÓRICA
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2° LEY de la TERMODINAMICA
LA ENTROPÍA O DESORDEN DEL UNIVERSO 
SIEMPRE AUMENTA 
CUANDO UN SISTEMA “SE ORDENA”
EL ENTORNO “SE DESORDENA”
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Entonces…..
El trabajo, es la energía necesaria para que se llegue al 
orden, esa energía se intercambia entre el sistema y el 
entorno. 
CUANDO UN SISTEMA “SE ORDENA”
EL ENTORNO “SE DESORDENA”
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¿CÓMO ES EL INTERCAMBIO 
ENERGÉTICO EN LAS 
REACCIONES QUÍMICAS DE 
LOS SERES VIVOS...?
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Células vivas : sistemas abiertos
En los procesos biológicos E libre 
y el orden del sistema: 
desorden del medio
seres vivos: estado estacionario dinámico
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LA E CAMBIA EN UNA TRANSFORMACION 
QUIMICA: RUPTURA O FORMACIÓN DE 
ENLACES
∆G: ES LA CANTIDAD DE E QUE SE UTILIZA 
EN DICHA REACCIÓN
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CONSUMEN E LIBERAN E
ENDERGÓNICAS EXERGÓNICAS
REACCIONES QUÍMICAS
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Energía Libre de Gibbs = ∆G
Energía requerida para que ocurra una 
reacción (energía interna del sistema 
en estudio)
E final E inicial = ∆G
SE PUEDE PREDECIR LA DIRECCIÓN Y 
EL EQUILIBRIO DE LAS REACCIONES 
QUÍMICAS CONOCIENDO EL ∆G
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Si ∆ G < 0 la reacción es 
ESPONTÁNEA y EXERGONICA
y se desplaza
Si ∆ G > 0 la reacción es 
DESFAVORABLE y ENDERGONICA
y se desplaza
E final E inicial = ∆G
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Espontánea no indica que ocurra 
rápidamente o por sí sola. Para que 
la reacción se lleve a cabo siempre
hay que entregarle energía… 
Espontanea: los productos son 
mas estables que los reactivos
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ENERGÍA DE ACTIVACIÓN
Para iniciar una reacción hay que aportar una 
energía extra, aun en las reacciones favorables.
E
t
EASust
Prod
E
t
EA
Sust
Prod
Reacción favorable Reacción desfavorable
∆G <0
∆G >0
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Acoplamiento de las reacciones
Las reacciones con ∆G > 0 ocurren cuando se 
acoplan con otras reacciones. 
Suma total de ∆G < 0
Las reacciones desfavorables del 
metabolismo ocurren acopladas a 
reacciones favorables
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A T P
PERMITE EL ACOPLAMIENTO DE 
REACCIONES DESFAVORABLES
CON OTRAS FAVORABLES
SE CONSUME Y REGENERA EN FORMA 
CONSTANTE, SE USA COMOE CIRCULANTE
EL ΔG0 DEL ATP ES INTERMEDIO
INTERMEDIARIO de E
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ADENOSINTRIFOSFATO (ATP):
O P O CH2
NH2
O
N
N
N
N
O
O-
Enlace 
β−Ν−
glucosídico
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1´
-O P O P
O
O-
O
O-
Anhídrido 
fosfórico
Enlace de 
Alta energía
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Razones químicas de la tendencia a la hidrólisis:
• Energía de estabilización por resonancia 
Por la diferencia de electronegatividad entre O y P, se produce 
un desplazamiento de electrones de los dobles enlaces a los 
oxígenos. La energía de estabilización por resonancia es más 
alta en los productos de la hidrólisis que en el ATP.
• Tensión eléctrica entre las cargas negativas. 
La hidrólisis suprime la repulsión entre cargas cercanas del 
mismo signo.
• Solvatación
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O O O
A O P + O P + O P + O
O O O
REPULSIÓN ELECTROSTÁTICA entre cargas negativas 
POLIANIÓN 
ESTABILIZACIÓN POR RESONANCIA
O O O
HO P O HO P O HO P O
O O O
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LUZ 
SOLAR
CLOROFILA
fosforilación
ADP+PiATP H2O2H+O
CO2+HGLU H de C
O2 libreATP
ADP
AUTÓTROFOS
E
Utilización de la energía solar por los seres 
vivos 
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CICLO DEL ATP- ADP:
NUTRIENTES
CATABOLISMO CO 2,H2O
ATP
 CONTRACCION MUSCULAR
 TRANSPORTE
 BIOSINTESIS
•ADP
O2
Pi
HETERÓTROFOS
E
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ALIMENTOS oxidación ENERGIA
LÍPIDOS = 9 Kcal/g 
PROTEÍNAS = 4Kcal/g 
HIDRATOS de C = 4Kcal/g
ATP 
RESPIRACIÓN CELULAR
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OXIDACION Y REDUCCION:
Oxidar: entregar oxígeno a una molécula. Quitarle electrone s o 
átomos de hidrógenos…
SE PIERDEN ELECTONES
Reducir: quitar oxígeno o entregar electrones o átomos de hi drógeno… 
SE GANAN ELECTRONES
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Una reacción de oxidación debe
ocurrir simultáneamente con una 
reacción de reducción
Pares o cuplas conjugadas redox
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En procesos biológicos:
Los H+ que se quitan al sustrato no son 
directamente tranferidos al O2 sino que 
se transfieren a moléculas 
intermediarias(cofactores NAD+, FAD) 
que liberan los electrones en la cadena 
respiratoria y junto con la fosforilación
oxidativa se genera energía (ATP)
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EJEMPLOS
Formación de un doble enlace: Reacción de 
oxidación
El FAD es el par que se reduce
¿Qué es el metabolismo?:
El metabolismo es el conjunto de
transformaciones bioquímicas, catalizadas por
enzimas, que sufren las moléculas de nutrientes y
que tienen lugar en las células vivas...
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1. ANABOLISMO CONSTRUIR 
2. CATABOLISMO DEGRADAR
3. ANFIBOLISMO AMBOS
¿Cuáles son las principales 
características del metabolismo?:
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¿Qué diferencias hay entre 
anabolismo y catabolismo?:
ANABOLISMO: CATABOLISMO:
Vía biosintética Vía degradativa
Reductiva Oxidativa
Utiliza NAD(P)H + H+, NAD(P)
+; 
FADH2; FMNH2 FAD, FMN
Consume ATP Libera ATP
Endergónica Exergónica
EXERGONICASENDERGONICAS
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Relación
entre los
eventos
metabólicos
y el ATP:
¿Cuáles son las fases del catabolismo?:
PRIMERA FASE:
POLISACARIDOS;
TRIACILGLICERIDOS;
PROTEINAS;
MONOSACARIDOS;
ACIDOS GRASOS;
AMINOACIDOS…
SEGUNDA FASE (mitocondria)
FADH2
ACETIL CoA CICLO DE KREBS CO2 
TERCERA FASE (mitocondria) NADH+H
(APARATO DIGESTIVO)
(DIETA)
Cadena de 
transporte 
de 
electrones 
ATP
RESPIRACIÓN CELULAR: 3 ETAPAS
a) OXIDACION DE COMBUSTIBLES
dan grupos acetilo o acetil-CoA
b) CICLO DEL ACIDO CITRICO
se oxidan a CO2 y liberan E que se 
conserva en NADH + H+ y FADH2
c) TRANSPORTE DE e- AL O2
potencial electroquímico = ATP
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¿Y el metabolismo intermedio?:
Conjunto de reacciones celulares que extraen
energía química de los nutrientes y la utilizan para
ensamblar las macromoléculas requeridas para el
crecimiento de la célula…
ANABOLISMO
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