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BIOENERGÉTICA Y METABOLISMO

Yaiza Martínez: martinezyaiza@correo.ugr.es Delfina Ponce: delfinalafaro@correo.ugr.es Sofía Rosano: rosanosofia@correo.ugr.es Andrea Saez: andrea022@correo.ugr.es Mónica Pérez: moni02perez@correo.ugr.es Domenica León: domenicaa@correo.ugr.es

Índice

TERMODINÁMICA BÁSICA

LEYES DE LA TERMODINÁMICA

METABOLISMO

RUTAS METABÓLICAS

CONTROL DEL METABOLISMO

INtrodución.

La bioenergética y el metabolismo son conceptos fundamentales en la biología, que se entrelazan para sustentar la vida en los seres vivos. La bioenergética se refiere al estudio de cómo los organismos obtienen, utilizan y gestionan la energía necesaria para llevar a cabo sus procesos vitales. Por otro lado, el metabolismo engloba un conjunto de reacciones químicas que ocurren en las células y que son responsables de la conversión de nutrientes en energía, así como la síntesis de biomoléculas esenciales. En este trabajo, exploraremos en profundidad estos dos conceptos.

termodinámica.

DEFINICIÓN. Es la rama de la física que estudia la relación entre el calor y la fuerza aplicada, la cual conocemos como trabajo, y los intercambios de calor que acompañan a los procesos fisicoquímicos. La palabra termodinámica proviene de las raíces griegas (therme-) cuyo significado es calor y deriva de (dynamis), que significa “fuerza” o “potencia”.

TERMODINÁMICA BÁSICA

ENTALPÍA

ENTROPÍA

EQUILIBRIO 0

INTRODUCCIÓN

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EQUILIBRIO 0

-Conocida también como la ley cero de la termodinámica, esta ley establece que cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercer cuerpo, estos se encuentran en equilibrio también. -Si A está en equilibrio con B y A también está en equilibrio térmico con un tercer cuerpo C, podemos concluir que B está en equilibrio térmico con C. -Dos cuerpos se encuentran equilibrio térmico cuando se ponen en contacto y sus variables de estado no cambian, si estos no se encuentran en equilibrio tendrán un intercambio de calor o energía y lo alcanzarán. -EJEMPLOS: El hielo y el agua. Ponemos hielo y un vaso de agua a temperatura ambiente, estos tres cuerpos intercambiaran calor energia hasta alcanzar el equilibrio pasado un tiempo.

ENTROPÍA

DEFINICIÓN Este término es una magnitud termodinámica la cual hace referencia a la medida de desorden a la cual tiende el sistema. Fue definido por el físico alemán Rudolf Clausius cuando observo que en cualquier proceso irreversible se iba una pequeña energía térmica. Hay dos tipos de entropía: ENTROPÍA NEGATIVA. Cuando nos referimos que la entropía es negativa o disminución de la entropía es una de las características de los sistemas en los que el orden aumenta. ENTROPÍA POSITIVA. Mientras que la entropía positiva o un aumento de ella es caracterizada por el aumento del desorden de un sistema.

EJEMPLOS ENTROPIA:

-Tenemos una habitación ordenada como sistema inicial pero pasa el día y se desordena con ropa, libros, zapatos .. por tanto tenemos la habitación desordenada. Para poder ordenarla implica más trabajo. Al principio la habitación tenía una entropía baja ya que estaba ordenada pero al desordenarla su entropía aumentó. -Si rompemos un plato, este tendrá una gran entropía pero al ser un si tema irreversible no podemos volverlo al sistema inicial por tanto tiene un aumento de entropía. El plato sin romper tenía una baja entropía.

ENTALPÍA

DEFINICION: La entalpia es la cantidad de calor que un sistema termodinámico (cualquier objeto) absorbe o libera de su entorno al que le rodea estando a presión constante. Su unidad de medida es el Joules (J) y es representado con la letra “H “ H(entalpia)=E (energía del sistema termodinámico) + P (presión del sistema) V (volumen) Definimos PV como trabajo que se le aplica a dicho sistema.

EJEMPLOS entalPíA.

Para poder explicar la entalpia miremos este ejemplo : -Si hervimos agua, su temperatura asciende hasta su punto de ebullición hasta 100 grados, hablamos de una entropía negativa ya que se tuvo que tomar energía del entorno para que ocurriera este proceso. -En cambio si dejamos que el agua se enfríe su temperatura desciende sin necesidad de una intervención externa, por tanto se trata de una libera de energía al ambiente siendo la entalpia positiva.

TIPOS DE ENTALPÍA SEGÚN LAS SUSANCIAS Y PROCESOS INVOLUCRADOS.

La liberación de energía es una reacción exotérmica mientras que la captación es endotérmica. -ENTALPÍA DE FORMACION: Es la energía que se necesita para formar un mol a partir de sus elementos que lo componen. 1 mol -> 6,023x10^23 Ejemplo: Unión de oxígeno e hidrógeno para formar agua -ENTALPÍA DE REACCION: Energía que libera una reacción química sometida a presión constante. Ejemplo: Formación de metano (CH4) -ENTALPÍA DE SOLUCION: Cantidad de calor cedida o absorbida cuando se disuelve en una solución acuosa. Ejemplo: Disolver ácido sulfúrico en agua. -ENTALPIA DE CAMBIO DE FASE: Intercambio energético que ocurre cuando el elemento cambia de estado: De fusión: de sólido a líquido. -De sublimación : de sólido a gas. De evaporación: de líquido a gas. Ejemplo: El ciclo del agua, ya que al pasar de líquido a gaseoso o sólido el agua libera o absorbe energía.

TIPOS DE ENTALPÍA SEGÚN LAS SUSANCIAS Y PROCESOS INVOLUCRADOS.

-ENTALPIA DE NEUTRALIZACIÓN: Energía captada o liberada cuando se mezcla ácido y base. Ejemplo: Ácido acético (CH3COOH) con bicarbonato (NaHCO3) -ENTALPIA DE COBUSTION: Energía liberada cuando un mol de una sustancia orgánica reacción con el aire y libera CO2 Ejemplo: Energía generada por gas propano utilizada como combustible doméstico. -ENTALPIA DE DESCOMPENSACION: Cantidad de energía o calor cuando se libera un mol de sustancia que es descompuesta en elementos simples. Ejemplo: Descomposición de agua oxigenada para dar lugar a agua y oxígeno. -ENTALPIA DE DISOLUCIÓN: Cantidad de calor o energía que falta o cede una sustancia cuando agrega agua a la solución. Ejemplo: Detergente en polvo en el agua.

leyes de la termodinámica

1ª

2ª

3ª

Ley de la conservación de la energía

Ley del equilibrio térmico

Postulado de Nermst

Ley de la entropía

LEY 0 DE LA TERMODINÁMICA

Ley del Equilibrio Térmico

“Si dos sistemas están en equilibrio térmico de forma independiente con un tercer sistema, deben estar también en equilibrio térmico entre sí”.

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

Ley de la Conservación de la Energía

"En cualquier sistema físico aislado, la cantidad total de energía será siempre la misma, a pesar de que pueda transformarse de una forma de energía a otras diferentes" Dicho en otras palabras: la energía no puede crearse ni destruirse, sólo transformarse.

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

Ley de la Conservación de la Energía

La cantidad total de energía de un sistema podrá calcularse como el calor (Q) suministrado menos el trabajo (W) efectuado. ΔU = Q – W

segunda LEY DE LA TERMODINÁMICA

Ley de la Entropía

En los sistemas el grado de desorden aumenta hasta alcanzar un punto de equilibrio, que es el estado de mayor desorden del sistema. En los procesos físicos en los que hay una transformación de energía, parte de esta no es utilizable (no realiza trabajo) y en la mayoría de los casos esa energía es calor. El calor que libera el sistema, aumenta la entropía.

segunda LEY DE LA TERMODINÁMICA

Ley de la Entropía

La formula de esta ley establece que el cambio en la entropía (dS) será siempre igual o mayor a la transferencia de calor (dQ), dividido entre la temperatura (T) del sistema. dS ≥ dQ / T

tercera LEY DE LA TERMODINÁMICA

Postulado de Nermst

Plantea que la entropía de un sistema llevado al cero absoluto es una constante definida: Al llegar al cero absoluto (0 K), los procesos de los sistemas físicos se detienen y la entropía poseerá un valor mínimo constante.

ENERGÍA DE LAS MOLÉCULAS

COMBUSTIÓN DE LOS NUTRIENTES

ENERGÍA DE LAS MOLÉCULAS

ENERGÍA DE LOS NUTRIENTES

+ INFO

+ INFO

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ENERGIA DE LAS MOLECULAS

La energía en los enlaces químicos de una molécula está relacionada con la estructura de la molécula y las posiciones relativas de sus átomos. La energía química, es la que se encuentra almacenada en los enlaces químicos, se considera una forma de energía potencial. Es transformada por las células en energía química contenida en el ATP. El ATP es el transportador energético de los procesos celulares, que necesitan aportes energéticos. El ATP está formado básicamente por una adenosintrifosfato. Esta energía se obtiene cuando una molécula se oxida, es decir, pierde un electrón. Ocurren de manera espontánea los electrones de una molécula van de niveles de energía mayor a niveles de energía menor. Los principales nutrientes (proteínas, carbohidratos y grasas) proporcionan energía al organismo. Esta energía mantiene latiendo al corazón, activo al cerebro y en funcionamiento a los músculos. La energía se mide en calorías.

energía de los nutrientes

Todos los nutrientes no proporcionan la misma cantidad de energía. Las vitaminas, las sales minerales, el agua y la fibra no aportan nada de energía al organismo, pero son indispensables para su correcto funcionamiento. Para poder obtener la energía de las biomoléculas (glúcidos, lípidos, proteínas) en primer lugar es necesario realizar una digestión mecánica que comienza en la masticación y deglución para poder degradar estas sustancia en sus componentes esenciales, con las enzimas digestivas pueden atacar dando lugar a la digestión química para obtener a los bioelementos primarios que posteriormente serán absorbidos estos nutrientes por el intestino delgado y una pequeña parte en el intestino grueso. Cuyos restos se eliminan por el aparato excretor. Las células obtienen la energía de los glúcidos, pero cuando lo necesitan, recurren a la reserva que tenemos en forma de lípidos. Las proteínas sólo se utilizan como fuente de energía excepcionalmente, cuando el organismo se encuentra en estado de desnutrición.

combustión de los nutrientes

La oxidación forma parte de procesos complejos como la respiración celular, que consiste en una serie de reacciones metabólicas que tienen como resultado la obtención de energía gracias a la oxidación de la glucosa. Las etapas de la respiración celular son: - La glucólisis - La oxidación del piruvato - El ciclo de Krebs - La fosforilación oxidativa

METABOLISMO

PODER REDUCTOR

ATP

ANABOLISMO

CATABOLISMO

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METABOLISMO

El metabolismo se refiere al conjunto de procesos químicos y biológicos que ocurren en el interior de los organismos vivos para mantener la vida. Estos procesos incluyen la obtención, transformación y utilización de la energía y los nutrientes necesarios para el funcionamiento de las células y el organismo en su conjunto. El metabolismo se puede dividir en dos categorías principales:

catabolismo

Es el conjunto de reacciones metabólicas que descomponen moléculas complejas en moléculas más simples, liberando energía en el proceso. Por ejemplo, la glucólisis es una vía catabólica que descompone la glucosa en piruvato, generando energía en forma de adenosín trifosfato (ATP).

anabolismo

En contraste con el catabolismo, el anabolismo implica reacciones metabólicas que construyen moléculas complejas a partir de moléculas más simples, consumiendo energía en el proceso. Un ejemplo es la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos.

atp

El adenosín Trifosfato, abreviado como ATP, es una molécula fundamental en la biología celular. Tiene tres componentes principales: - una base de adenina - unida a un azúcar llamado ribosa - cadena de tres grupos fosfato. La energía se almacena en los enlaces químicos entre estos grupos fosfato. La principal función del ATP es actuar como portador y proveedor de energía para las actividades celulares. Cuando una célula necesita energía para realizar una tarea específica, el ATP libera esa energía al romper uno de sus enlaces de fosfato, convirtiéndose en ADP (Adenosín Difosfato). Este proceso se conoce como hidrólisis del ATP. La capacidad del ATP para almacenar y transferir energía lo convierte en una molécula esencial para la mayoría de los procesos celulares, y su constante reciclaje dentro de las células garantiza un suministro continuo de energía para mantener la vida y las funciones celulares.

poder reductor

Se refiere a la capacidad de ciertas biomoléculas de actuar como donadoras de electrones o receptoras de protones en las reacciones metabólicas de reducción-oxidación. En el proceso catabólico, las reacciones de oxidación extraen electrones y protones de los sustratos, que son transferidos a ciertas coenzimas que se "cargan" (reducen) en este proceso. Estas coenzimas reducidas adquieren un poder reductor, ya que eventualmente liberarán sus electrones y protones, un proceso esencial para la generación de energía o para las reacciones anabólicas. En otras palabras, los electrones y protones transportados por las coenzimas pueden ser cedidos posteriormente.

RUTAS METABÓLICAS

ANABÓLICAS

ANFIBÓLICAS

CATABÓLICAS

+ INFO

+ INFO

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CATABÓLICAS

• Procesos acelerados por enzimas que descomponen la materia orgánica para obtener energía en forma de ATP

• Las rutas catabólicas son como "quemadores" celulares que descomponen la materia orgánica para obtener energía vital, destacando la importancia de la alimentación para proporcionar los elementos que el cuerpo necesita para este proceso

ANABÓLICAS

• Las rutas anabólicas utilizan las moléculas de ATP como "combustible" para realizar procesos de síntesis

• Su función principal radica en la regeneración celular y el mantenimiento de órganos y tejidos saludables.

ANFIBÓLICAS

• Son procesos metabólicos híbridos, combinando fases de catabolismo y anabolismo

• El ciclo de Krebs es un ejemplo destacado de ruta anfíbolica (se puede resumir como un proceso de "respiración" celular que ocurre en las mitocondria).

CONTROL DEL METABOLISMO

CONTROL DE LA CANTIDAD/ACTIVIDAD DE ENZIMAS

CONTROL HORMONAL

COMPARTIMEN-TACIÓN CELULAR

CONTROL DE LA CANTIDAD Y ACTIVIDAD DE ENZIMAS

1.La expresión génica:un proceso en el cual la información de un gen se transforma en ARN o proteína.Por esto,las enzimas son proteínas reguladas por la expresión génica.

2.Transcripción y traducción.En la transcripción,la información genética se copia del ADN y ARNm y en la traducción se sintetizan proteínas(enzimas) a partir de ARNm.

1.La expresión génica:

22Transcripción y traducción:

CONTROL DE LA CANTIDAD Y ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

4.Reciclado y descomposición de enzimas:Las enzimas hacen procesos de descomposición pero los productos químicos no son ingeridos por el organismo así que quedan libres y con la posibilidad de ser reutilizado

3.Cofactores enzimáticos:Las enzimas usan cofactores,que son moléculas imprescindibles para su funcionamiento.

4.Reciclado/descomposición de enzimas:

3.Cofactores enzimáticos:

COmpartimentación celular

1.Mitocondrias. 2.Cloroplastos. 3.Retículo endoplasmático. 4.Aparato de Golgi. 5.Lisososmas. 6.Peroxisomas. 7.Núcleo. 8.Citoplasma.

COntrol hormonal

El control hormonal dentro de la actividad metabólica está referido a la homeostasis y a la homeorresis, ambos relacionados con la regulación y el equilibrio en el funcionamiento del organismo.

COntrol hormonal

https://create.kahoot.it/share/biogenetica-y-metabolismo/fd148247-3be3-4ff2-92a2-b9202edd85ca

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