Bioenergetica y glucolosis

BIOENERGÉTICA
Es el estudio de las transformaciones de
energía que tienen lugar en la célula, y de la
naturaleza y función de los procesos químicos
en los que se basan esas transformaciones, las
cuales siguen las leyes de la termodinámica

• Las células necesitan de energía para
poder realizar sus actividades de
desarrollo, crecimiento, renovación de sus
estructuras, síntesis de moléculas, etc.
• La energía química que utiliza una célula
animal para realizar trabajo proviene
principalmente de la oxidación de
sustancias incorporadas como alimentos.
(carbohidratos, grasas)

• Al producirse una transformación
química, generalmente se rompen enlaces
y el contenido de energía de las moléculas
aumenta o disminuye. (DG aumenta o
disminuye)
• La “moneda” de intercambio de Energía
en los procesos biológicos es el ATP

ESTRUCTURA DEL ATP
• Adenosina:
• Adenina.-base nitrogenada
• Ribosa.- un azúcar de cinco carbonos
• Tres grupos fosfato.- poseen un
átomo de fósforo unido a cuatro
átomos de oxígeno, con enlaces de
alta energía que al romperse dichos
enlaces, se libera la energía
almacenada.
• En la mayoría de las reacciones
celulares el ATP se hidroliza a ADP,
rompiéndose un solo enlace y
quedando un grupo fosfato libre.
• Sólo en algunos casos se rompen los
dos enlaces resultando AMP y dos
grupos fosfato.

ATP (ADENOSIN TRIFOSFATO)
Es la fuente de energía universal de la célula.

Papel del ATP como transportador de energía
Desfosforilación
del sustrato
Fosforilación del
sustratoDesfosforilación
Fosforilación
ATP
ADP
El ATP almacena energía y actúa como “moneda de cambio energético”.

• Las oxidaciones se efectúan por adición de O, por
pérdida de H o por otra reacción que resulte en la
pérdida de electrones.
• La reducción, por el contrario, implica ganancia de
electrones.
Durante el metabolismo celular se producen oxidaciones
de los sustratos metabólicos (con la concomitante
reducción de intermediarios) y estas reacciones se
utilizan para obtener energía.

Oxidaciones y Generación de Energía Celular
Un compuesto que se oxida cede electrones (reductor)
Un compuesto que se reduce recibe electrones (oxidante)
Ejemplo: Fe2+ + Cu2+ Fe3+ + Cu1+
Hay dos semi reacciones:
Fe2+ Fe3+ + 1e- oxidación
Cu2+ + 1e- Cu1+ reducción
Al igual que los ácidos y las bases, siempre que hay una oxidación
(perdida de electrones) debe haber una reducción (ganancia de
electrones).

SISTEMA: Es la porción de universo que tomamos como objeto de
estudio. Existen tres tipos de sistemas:
SISTEMAS AISLADOS (no intercambia materia ni energía)
SISTEMAS CERRADOS (no intercambia materia si energía)
SISTEMAS ABIERTOS (intercambia materia y energía)
ESTADO DE UN SISTEMA: es el conjunto de propiedades que
permiten definirlo (ej.: P, V, T)

• PROCESO EXOTÉRMICO: es aquel que
transcurre con liberación de calor al medio.
• PROCESO ENDOTÉRMICO: el que transcurre
tomando calor del medio.
• PROCESO EXERGÓNICO: libera energía.
(ESPONTANEO)
• PROCESO ENDERGÓNICO: absorbe energía.
(NO ESPONTANEO)

DG < 0
Reactivos
Productos
DG > 0
Reactivos
Productos
La reacción es espontánea.
Cuando se desprende energía libre, las
reacciones se denominan exergónicas.
El sistema puede realizar trabajo y se
produce aumento de desorden.
La reacción no es espontánea.
Cuando se absorbe energía libre, las reacciones
se denominan endergónicas.
Para que se produzcan deben estar asociadas a
otras donde DG sea lo suficientemente negativo.

LEYES DE LA TERMODINÁMICA:
Primera ley o principio de la conservación de la energía: en cualquier
cambio físico o químico, la cantidad total de energía del universo
permanece constante.
Segunda ley: en todo los procesos la entropía del universo se
incrementa o la entropía de un sistema aislado tenderá a aumentar
hacia un valor máximo.
DEFINICIONES
Entalpía
H o entalpía, expresa el contenido de calor en una reacción a presión
constante, se mide como la diferencia entre: H(productos) –
H(reactivos) = DH
Cuando se libera calor se dice que es una reacción exotérmica y DH es
negativo ya que el contenido de calor de los productos es menor que
los reactivos; si la reacción absorbe calor del medio se habla de una
reacción endotérmica y DH es positivo. DH es equivalente a DE cuando
no hay cambios de volumen.

Energía Libre
G o energía libre de Gibbs, expresa la cantidad de energía capaz de realizar
trabajo, se mide como la diferencia de energía entre
G(productos) – G(reactivos) = DG,
si DG es negativo si dice que es una reacción exergónica, si DG es positivo la
reacción es endergónica.
Entropía
S o entropía, es una magnitud del desorden en un sistema, cuando los
productos son menos complejos y más desordenados que los reactivos la
entropía aumenta,
S(productos) – S(reactivos) = DS

Estas magnitudes (bajo condiciones de temperatura y presión constantes)
están relacionadas entre si de acuerdo con la siguiente ecuación:
DG = DH - T DS
energía libre entalpía entropía
donde T es la temperatura absoluta (en grados K).
Todo proceso esta termodinámicamente favorecido cuando DG es negativo
o es exergónico, cuando DG = 0 el proceso esta en equilibrio.

Glucosa + 6O2 6CO2 + 6H20 DGo = -2823 KJ/mol
¿Por qué la glucosa no reacciona espontáneamente con el oxígeno?
G
DG
Glucosa +
O2
CO2 + H20
DG*
DG
 O exergónica espontánea
 O endergónica, no posible
 O en equilibrio
Coordenadas de la reacción
El DG representa el máximo de trabajo útil que puede
proporcionar una reacción. Para el caso de la glucosa
podríamos obtener hasta 2823 kJ por mol de glucosa oxidada
hasta CO2 y H2O.

19
• Desde el punto de vista energético, una reacción con
un DG positivo no podría ocurrir a no ser que exista
un aporte de energía que la haga posible.
• Dicho aporte, lo proveen compuestos de alto
contenido energético, que se caracterizan por tener
enlaces que al romperse liberan una alta cantidad de
energía. Este proceso se llama acoplamiento.

¿Cómo se aplican estos principios en el metabolismo celular?
La primera reacción de la glucólisis es la formación de glucosa-1-fosfato a
partir de glucosa, esta es una reacción desfavorable desde el punto de vista
termodinámico:
Glucosa + Pi Glucosa-6-fosfato + H2O DGo = +13.8 kJ/mol
para hacer esta reacción posible se acopla con la hidrólisis de ATP,
ATP + H2O ADP + Pi DGo = -30.5 kJ/mol
Glucosa + Pi Glucosa-6-fosfato + H2O DGo = +13.8 kJ/mol
ATP + H2O ADP + Pi DGo = -30.5 kJ/mol
Glucosa + ATP Glucosa-6-fosfato + ADP DGo = -16.7 kJ/mol

Acoplamiento energético entre reacciones
La energía desprendida en una reacción exergónica, puede aprovecharse
para que se produzcan reacciones energéticamente desfavorables.
ATP
ADP
DG= -7,3kcal/mol
Hexoquinasa
Glucosa
Glucosa-6~P
Glucosa + Pi  Glucosa-6-P
ATP + H2O  ADP + Pi
DG= +3 kcal/mol
DG= -7,3 kcal/mol
Glucosa +ATP + H2O  Glucosa-6-P + ADP DG= -4,3 kcal/mol
FOSFORILACIÓN DE LA GLUCOSA MEDIANTE ATP
La hidrólisis del ATP (proceso exergónico)
se acopla a la fosforilación de la glucosa
(proceso endergónico).
El proceso global es favorable energéticamente.
DG= +3kcal/mol

Una cantidad termodinámica (ej: DG, DH o DS) nos indica que
una reacción es permitida, A  B está “permitida”;
B  A no es espontánea, a menos que se le acople otra
reacción favorecida (ej: ATP  ADP)
Sin embargo, para que la reacción se produzca, la energía
neta debe descender (i.e., DG total debe ser negativa.)
Reacciones acopladas

Fuentes de electrones para la cadena
respiratoria
• Los alimentos que ingerimos están constituidos básicamente
por carbohidratos, lípidos, y proteínas; los cuales deben ser
descompuestas en moléculas más pequeñas antes de que las
células puedan ser utilizarlos, para extraer de ellos la energía
necesaria (CATABOLISMO) y así poder producir nueva materia
viva (ANABOLISMO)
• En la célula las primeras moléculas que son utilizadas como
fuente de energía son los carbohidratos, cuando estos se
terminan la célula hace uso de los lípidos y como última
reserva energética ocupa las proteínas.

• El proceso de obtención de energía que se lleva a cabo en la
célula ocurren en diferentes etapas.
1. Descomposición de las macromoléculas a sus unidades más
simples.

2. Estas unidades en primer lugar van a ser transformadas ACETIL
COENZIMA A con producción de ATP y liberación de parejas de
átomos de HIDRÓGENO = > las cuales van a entrar al primer
sistema de oxido – reducción es decir directamente a la
cadena respiratoria.
• En el caso de la GLUCOSA => es transformada a acido Piruvico
en un proceso denominado Glicolisis, en ciertos lugares de
este proceso se libera la energía suficiente para la formación
de moléculas de ATP.

• En el caso de los ácidos grasos (Triglicéridos) y aminoácidos no
van a sufrir glicolisis (propia de la glucosa) sino otros procesos
para formar ACIDO PIRÚVICO, ACETIL Co A y algunos
intermediarios del acido de Krebs.
• El ácido pirúvico sea transformado en acetil Co A antes de
ingresar al ciclo de Krebs puesto que dicho compuesto aún
contiene energía para ser extraída, y en el proceso del ciclo de
Krebs se van a producir parejas de átomos de H y moléculas
de ATP.

Esquema general de la respiración celular
Cadena
respiratoria
Acído pirúvico CITOSOL
MATRÍZ
MITOCONDRIAL
CRESTAS
MITOCONDRIALES
Membranas externa e interna

GLUCÓLISIS
• La glucólisis o glicolisis (del griego glycos:
azúcar y lysis: ruptura), es la forma más
rápida de conseguir energía para una célula, y
en el metabolismo de carbohidratos,
generalmente es la primera vía a la cual se
recurre. Ésta se encuentra estructurada en 10
reacciones enzimáticas que permiten la
transformación de una molécula de glucosa a
dos moléculas de piruvato

• En este proceso se van a producir dos parejas de átomos de
hidrogeno (2H) que entran directamente a la cadena respiratoria a
nivel del NAD/NADH + H y existe una producción neta de 2 ATP
• Este ATP, formado se debe a un proceso de FOSFORILACION A NIVEL
DE SUSTRATO => lo que significa la obtención de ATP no la a través
de la cadena respiratoria si no mediante la oxidación de diferentes
compuestos.
1 mol GLUCOSA  2 mol ACIDO PIRUVICO
2 (2H)  NAD + / NADH + H+
2 ATPS

Junto con Otto Warburg
elucidaron la vía en
levaduras
Elucidaron la vía en músculo en 1930s

Citosol: Glucólisis, ruta de
las pentosas,
síntesis de ácidos grasos,
síntesis de nucleótidos,
reacciones de
gluconeogénesis
Gránulos de glucógeno:
síntesis y degradación de
glucógeno
Lisosoma: enzimas hidrolíticas
Mitocondria: Ciclo de Krebs,
fosforilación
Oxidativa, oxidación de
ácidos grasos, catabolismo
de aminoacidos
Golgi: Maduración de
glucoproteínas,
Formación de
membranas
Reticulo endoplasmico:
síntesis de lípidos
Ribosomas: síntesis de
proteínas
Nucléolo: síntesis de RNA
ribosómico
Núcleo: replicación de DNA, síntesis
de tRNA,
mRNA, y de proteínas nucleares
TOPOGRAFÍA
DEL METABOLISMO

GLUCÓLISIS
• Se encuentra dividida en dos fases: La
primera, de gasto de energía y la segunda
fase, que obtiene energía.
• La primera fase consta en transformar una
molécula de glucosa en dos moléculas de
gliceraldehído -una molécula de baja energía-
mediante el uso de 2 ATP. Ésto permite
duplicar los resultados de la segunda fase de
obtención energética

La glucólisis tiene tres funciones principales:
 La generación de moléculas de alta energía, ATP y NADH (nicotina
adenín dinucleótido) como fuente de energía celular en procesos
de respiración aeróbica (presencia de oxígeno) y anaeróbica
(ausencia de oxígeno).
 La generación de ácido pirúvico que pasará al ciclo de Krebs, como
parte de la respiración aeróbica.
 La producción de compuestos intermediarios de 6 y 3 carbonos,
los que pueden ser utilizados por otros procesos celulares.

FASE I
(1)
HEXOQUINASA
+ +
+ H+
HEXOQUINASA
Hexoquinasa
Hexoquinasa

(2)
Fosfoglucosa
isomerasa
Fosfoglucosa
isomerasa

(3)
+
+
+ H+
Fosfofructoquinasa

SEGUNDA FASE
• En la segunda fase, el gliceraldehído se
transforma en un compuesto de alta
energía, cuya hidrólisis genera una
molécula de ATP, y como se generaron 2
moléculas de gliceraldehído, se obtienen
en realidad dos moléculas de ATP.

FASE II (6)
Gliceraldehído 3-fosfato
deshidrogenasa
+

NAD: Nicotinamida Adenina Dinucleótido.
NAD+ en su forma oxidada y NADH + H cuando está
reducido.La concentración de NAD+ en la célula es
pequeña; por lo tanto debe reciclarse continuamente de la
forma oxidada a la reducida y viceversa.
NAD+ (oxi) + 2H+ + 2e- ----> NADH (red) + H+
COFACTORES REDOX
MOLÉCULAS INTERMEDIARIAS
Moléculas capaces de transportar energía

NAD+ + 2e- + H+ NADH
E´o = - 0.320 V

Resumen de la glucólisis
BALANCE PARCIAL : - 2 ATP
ENERGÍA CONSUMIDA ENERGÍA PRODUCIDA
BALANCE PARCIAL : 4 ATP + 2 NADH
BALANCE TOTAL : 2 ATP y 2 NADH

Glucosa
(6 C)
Glucosa 6P
(6C)
Fructosa 6P
(6C)
Fructosa 1,6 diP
(6C)
Gliceraldehido 3P
(3C)
Gliceraldehido 1,3 diP
(3C)
3-fosfoglicérico
(3C)
2-fosfoglicérico
(3C)
Fosfoenolpiruvato
(3C)
Piruvato
(3C)
Acetil CoA
(2C)
ATP ATP
ATP
ATP
CO2
ADP ADP
ADP
ADP
NAD+
NAD+
Pi
H2OCoA
x2
NADH
H+
NADH
H+
Glucolisis
Oxidación del piruvato

GLUCOLISIS
FERMENTACIÓN
4 ATP
2 NADH
2 H2O
2 CO2
2 Etanol2 Lactato
2ATP
GLUCOLISIS
4 ATP
2ATP
2 NADH
2 H2O
OXIDACIÓN DEL PIRUVATO 2 NADH
EN PRESENCIA DE 02 EN AUSENCIA DE 02
2 CO2
Glucosa Glucosa

ENZIMAS:
1. Hexoquinasa
2. Glucosa fosfato
isomerasa
3. Fosfofructoquinasa
4. Aldolasa
5. Triosa fosfato isomerasa
6. Gliceraldehido 3 fosfato
deshidrogenasa
7. 3 fosfoglicerato quinasa
8. Mutasa
9. Enolasa
10.Piruvato quinasa

BALANCE DE LA GLUCÓLISIS
• Resumen de compuestos que ingresan y
productos que salen del proceso
• Entradas
Glucosa + 2 ATP + 4 ADP + 2 Pi + 2 NAD
• Salidas
2 piruvatos + 2 ADP + 4 ATP + 2 NADH + 2H2O

Eficiencia de la Respiración
1 g Glucosa contiene 3800 cal
1 Molécula ATP necesita 7300 cal.
1 mol Glucosa es igual a 180 g
Energía contenida en 1 mol Glucosa 684000 cal
Energía usada en síntesis de ATP 277400 cal
1 g Glucosa 3800 cal
180 g Glucosa x = 684000 cal
1 mol ATP 7300 cal
38 mol ATP x = 277400 cal

684000 cal 100%
277400 cal x = 40.56%
• El 40.56% es la cantidad de energía recuperada por la célula y
utilizada en la síntesis de ATP, el resto de energía se pierde en
la forma de calor.
• Gasolina 25 – 30%
• Vapor 8 – 12%
• La célula es increíblemente eficiente.

Glucosa
2 Piruvato
2 Acetil CoA
2 Etanol + 2CO2
2 Lactato
Glucólisis (10)
reacciones
sucesivas
Condiciones
anaeróbicas
Condiciones
aeróbicas
Fermentación
Alcoholica en levaduras
Conversión a Lactato en
vigorosa contracción
muscular, en eritrocitos
y en microorganismos
Animales, plantas y muchos
microorganismos en condiciones
aereóbicas.
Condiciones
aeróbicas
Cíclo del
Acido cítrico
4 CO2 + 4 H2O

TRES DESTINOS DEL PIRUBATO PRODUCIDO EN LA
GLUCÓLISIS

CH3 - CH2OH
Etanol
G3P
Glucosa Dihidroxiacetona
fosfato
Ácido 1,3-
bifosfoglicérico ATP2
NADH
CO2
CH3 - CHO
Acetaldehído
NAD + CH3 - CO - COOH
Ácido pirúvico
VIA ANAEROBIA
FERMENTACION ETILICA

GLUCOLISIS ANAEROBICA
Producción de Vino

Fermentación láctica
CH3 - CHOH - COOH
Ácido láctico
Glucosa
Dihidroxiacetona
fosfato
ATP2NADHNAD +
G6P G3P
Ácido 1,3-
bifosfoglicérico
CH3 - CO - COOH
Ácido pirúvicoLáctico deshidrogenasa
VIA ANAEROBIA FERMENTACION LACTICA

Bioenergetica y glucolosis

En este documento

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

Similar a Bioenergetica y glucolosis

Último

Bioenergetica y glucolosis