BIOENERGETICA Flashcards
que es la bioenergética y metabolismo
La bioenergética es el estudio de cómo los organismos vivos obtienen, transforman y utilizan la energía para llevar a cabo sus funciones vitales. Está relacionada con el flujo de energía a través de las reacciones bioquímicas del metabolismo.
El metabolismo comprende todas las reacciones químicas que ocurren en una célula, dividido en dos procesos:
- Catabolismo: degradación de moléculas complejas para liberar energía.
- Anabolismo: síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas simples, utilizando energía.
1ª ley de la termodinámica
La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.” Esto significa que la energía que un organismo consume (por ejemplo, en forma de alimentos) se transforma en calor, trabajo biológico o se almacena como energía química en compuestos como el ATP.
2ª ley de la termodinámica
“La entropía del universo siempre aumenta.” Esto implica que en cada transformación de energía, una parte de esta se pierde como calor, lo que contribuye al aumento del desorden (entropía) en el sistema. Por eso, las células necesitan un suministro continuo de energía para mantener su organización interna.
Delta G, entropia y entalpia
Delta G (ΔG): es la variación de la energía libre de Gibbs y determina si una reacción es espontánea.
ΔG < 0: la reacción es exergónica (libera energía y es espontánea).
ΔG > 0: la reacción es endergónica (requiere energía para ocurrir).
ΔG = 0: el sistema está en equilibrio.
Entropía (S): mide el grado de desorden en un sistema. Un aumento en la entropía indica mayor desorganización, lo que es favorable desde el punto de vista de la 2ª ley de la termodinámica.
Entalpía (H): es la energía total de un sistema, incluyendo la energía interna y el calor intercambiado. Si la reacción libera calor, es exotérmica (ΔH < 0), y si absorbe calor, es endotérmica (ΔH > 0).
¿Por qué una reacción en equilibrio no es ventaja para la célula?
Una reacción en equilibrio ocurre cuando las concentraciones de reactivos y productos se mantienen constantes con el tiempo, es decir, ΔG = 0. En este estado, no hay flujo neto de energía disponible para realizar trabajo.
Para que las células puedan mantenerse activas y realizar funciones como el transporte, la síntesis de biomoléculas y la contracción muscular, necesitan que las reacciones tengan un ΔG negativo (reacciones exergónicas), liberan energía útil.
reacciones de acoplamiento
El acoplamiento de reacciones permite que una reacción energéticamente desfavorable (ΔG > 0) se vuelva favorable al combinarse con una reacción que libera energía (ΔG < 0). Esto ocurre frecuentemente mediante la hidrólisis del ATP.
Ejemplo:
Reacción endergónica: Glucosa + Pi → Glucosa-6-fosfato (ΔG > 0).
Se acopla con: ATP → ADP + Pi (ΔG < 0).
Reacción global: Glucosa + ATP → Glucosa-6-fosfato + ADP (ΔG < 0).
Esto asegura que la energía liberada por el ATP se utilice para llevar a cabo procesos anabólicos, transporte activo o movimiento celular.
El ATP (adenosín trifosfato) es la principal molécula energética de las células, utilizada como moneda energética para las reacciones bioquímicas.
Estructura del ATP:
Adenina: Base nitrogenada.
Ribosa: Azúcar de cinco carbonos.
Tres grupos fosfato: Unidos en cadena al carbono 5’ de la ribosa.
Enlaces del ATP
- Enlaces fosfoanhídridos:
Entre el primer y segundo fosfato (α y β).
Entre el segundo y tercer fosfato (β y γ).
Estos enlaces contienen una gran cantidad de energía. Cuando el ATP se hidroliza a ADP + Pi, libera aproximadamente 7,3 kcal/mol.
- Enlace fosfoéster:
Entre el grupo fosfato α y la ribosa. Este enlace es más estable que los fosfoanhídridos.
¿Por qué la hidrólisis de ATP es muy exergónica? (son 3 motivos)
La hidrólisis del ATP es muy exergónica principalmente por tres motivos fundamentales:
Primero, el ATP tiene tres grupos fosfato, y todos ellos están cargados negativamente. Estas cargas generan repulsiones electrostáticas entre los fosfatos. Entonces, cuando se rompe el enlace fosfoanhídrido, se libera un fosfato, y eso reduce la repulsión entre los restantes, volviendo la molécula más estable.
Segundo, el fosfato inorgánico (Pi) que se libera puede distribuir sus cargas mediante resonancia. Esa distribución estabiliza mucho más al Pi en comparación con cuando está unido al ATP, lo que hace que la reacción tienda a avanzar hacia los productos.
Por último, la hidrólisis genera dos moléculas (ADP y Pi) a partir de una sola, lo que aumenta la entropía del sistema. Este incremento en el desorden hace que el proceso sea más termodinámicamente favorable.
La célula aprovecha la energía liberada para procesos vitales, como la contracción muscular, el transporte activo de iones y la síntesis de macromoléculas, acoplando la hidrólisis del ATP con reacciones que necesitan energía para ocurrir.
ciclo de krebs (que es, produtos, etapas - cuantas y cuales son las reguladas -, que produce y precursores)
El ciclo de Krebs –también llamado ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos– es una vía metabólica central en la respiración celular, y es anfibólica. Se lleva a cabo en la matriz mitocondrial y su función principal es oxidar el acetil-CoA a CO2, mientras transfiere electrones a las coenzimas NAD⁺ y FAD para la producción de energía en forma de ATP. También genera intermediarios esenciales para otras rutas biosintéticas.
El ciclo consta de 8 reacciones en total. De ellas, 3 son reguladas porque controlan la velocidad del ciclo según las necesidades energéticas de la célula.
- Condensación del acetil-CoA con oxalacetato:
Se forma citrato mediante la enzima citrato sintasa.
Reacción regulada (inhibida por ATP, NADH y citrato). - Isomerización del citrato:
El citrato se convierte en isocitrato por la acción de la aconitasa. - Descarboxilación del isocitrato:
El isocitrato se oxida y libera CO 2, formando α-cetoglutarato mediante la enzima isocitrato deshidrogenasa.
Reacción regulada (activada por ADP y Ca2+; inhibida por ATP y NADH). - Descarboxilación del α-cetoglutarato:
El α-cetoglutarato se transforma en succinil-CoA liberando otro CO2, catalizado por la α-cetoglutarato deshidrogenasa.
Reacción regulada (activada por Ca 2+; inhibida por NADH y succinil-CoA). - Conversión de succinil-CoA en succinato:
Se libera GTP o ATP en esta reacción, catalizada por la succinil-CoA sintetasa. - Oxidación del succinato a fumarato:
Catalizada por la succinato deshidrogenasa, que transfiere electrones al FAD, generando FADH2. - Hidratación del fumarato a malato:
Por acción de la fumarasa. - Oxidación del malato a oxaloacetato:
Por la malato deshidrogenasa, produciendo NADH.
Por cada molécula de acetil-CoA que entra al ciclo obtengo: 2 CO 2, 3 NADH, 1 FADH 2, 1 GTP o ATP y 1 CoA (reciclado).
Precursores del Ciclo de Krebs son:
- Acetil-CoA: Deriva de la β-oxidación de ácidos grasos, la descarboxilación del piruvato y la degradación de aminoácidos cetogénicos.
- Oxaloacetato: Puede regenerarse a partir del piruvato en la gluconeogénesis o por la transaminación de aspartato.
Reacciones Reguladas
- Citrato sintasa (primera reacción).
- Isocitrato deshidrogenasa (tercera reacción).
- α-Cetoglutarato deshidrogenasa (cuarta reacción).
Estas enzimas son puntos de control clave, sensibles a los niveles de ATP, NADH y Ca2+⁺.
regulación del CK
- Citrato Sintasa (primera reacción):
Inhibida por: ATP, NADH y citrato (cuando hay suficiente energía).
Activada por: ADP (cuando se requiere más energía). - Isocitrato Deshidrogenasa (tercera reacción):
Inhibida por: ATP y NADH (alta carga energética).
Activada por: ADP y Ca2+ (como en el ejercicio, cuando se necesita energía rápida). - α-Cetoglutarato Deshidrogenasa (cuarta reacción):
Inhibida por: Succinil-CoA, NADH y ATP.
Activada por: Ca2+ (importante en la contracción muscular).
CTE
La cadena de transporte de electrones (CTE) es un conjunto de complejos proteicos ubicados en la membrana mitocondrial interna. Su objetivo principal es aprovechar el poder reductor del NADH y el FADH2 para bombear protones desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermembrana. Este proceso genera un gradiente electroquímico de protones que será utilizado para sintetizar ATP a través de la ATP sintasa. Los complejos I, III y IV son responsables de bombear protones hacia el espacio intermembrana mientras transfieren electrones hacia su aceptor final, que es el oxígeno.
Complejo I: NADH deshidrogenasa
Oxida el NADH a NAD+ y transfiere los electrones a la ubiquinona (Q), que se reduce a ubiquinol (QH2).
Bombea 4 protones hacia el espacio intermembrana por cada NADH oxidado.
Está compuesto por 42 subunidades, entre ellas FMN (mononucleótido de flavina) y varios centros Fe-S.
Complejo II: Succinato deshidrogenasa
Oxida el FADH2 y transfiere los electrones a la ubiquinona, que se reduce a ubiquinol.
A diferencia del Complejo I, no bombea protones al espacio intermembrana.
Conecta el ciclo de Krebs con la CTE y tiene un FAD unido covalentemente.
Complejo III: Q-Citocromo C oxidorreductasa
Transfiere los electrones desde el ubiquinol (QH2) al citocromo C, que pasa de su forma oxidada a su forma reducida.
Bombea 4 protones al espacio intermembrana.
Este complejo realiza el ciclo Q, un mecanismo que facilita la transferencia de electrones y optimiza el bombeo de protones.
Complejo IV: Citocromo C oxidasa
Recibe los electrones del citocromo C reducido y los transfiere al oxígeno, el aceptor final de los electrones.
El oxígeno se reduce y forma agua (H2O).
En este paso, se bombean 2 protones hacia el espacio intermembrana.
Es importante recordar que el FADH2 va a generar 1,5 ATPs pues ingresa por el complejo II y con eso bombea 6 protones, ya el NADH va
ATP sintasa
La ATP sintasa es una proteína integral que se encuentra anclada a la membrana mitocondrial y está compuesta por dos subunidades principales: F0 y F1.
F0: Esta subunidad está anclada a la membrana y actúa como un canal, permitiendo la entrada de protones desde el espacio intermembrana hacia la matriz mitocondrial.
F1: Esta subunidad se localiza en la matriz mitocondrial y funciona como una turbina, estimulando la fosforilación de ADP para formar ATP.
La acción coordinada de ambas subunidades permite la síntesis de ATP, aprovechando el gradiente de protones generado por la cadena de transporte de electrones.
inhibidores y desacoplantes
Los inhibidores son sustancias que interfieren con el funcionamiento de la cadena de transporte de electrones (CTE) y la síntesis de ATP. Actúan bloqueando la actividad de uno o más de los complejos de la CTE, lo que impide la transferencia de electrones y la generación del gradiente de protones. Ejemplos de inhibidores incluyen:
- Cianuro: Inhibe el complejo IV (citocromo C oxidasa), bloqueando la transferencia de electrones al oxígeno, lo que detiene la producción de ATP.
- Rotenona: Inhibe el complejo I, impidiendo la oxidación del NADH.
- Antimicina A: Inhibe el complejo III, bloqueando la transferencia de electrones desde la ubiquinona al citocromo C.
Como resultado, la producción de ATP se reduce y puede llevar a una disminución de la actividad celular y, en casos severos, a la muerte celular.
Los desacoplantes son compuestos que crean poros en la MMI y permiten que los protones fluyan de vuelta a la matriz mitocondrial sin pasar por la ATP sintasa. Esto disipa el gradiente de protones generado por la CTE, lo que significa que la energía que normalmente se utilizaría para sintetizar ATP se libera en forma de calor en lugar de ser almacenada en forma de ATP. Un ejemplo conocido de desacoplante es:
2,4-dinitrofenol (DNP): Este compuesto transporta protones a través de la membrana mitocondrial interna, disminuyendo la eficiencia de la fosforilación oxidativa y aumentando la producción de calor, lo que puede ser peligroso en altas concentraciones.
Los desacoplantes pueden ser utilizados por el organismo en ciertas situaciones, como en la termogénesis, donde el calor es más beneficioso que la producción de ATP, como en el tejido adiposo marrón.
