Tema 2. Principis de bioenergètica (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 1º curso
Asignatura Estructura i funció de biomolècules
Año del apunte 2014
Páginas 5
Fecha de subida 20/12/2014
Descargas 49
Subido por

Descripción

Apuntes realizados con las anotaciones del docente, el soporte visto en clase y bibliografía.

Vista previa del texto

EFG (Bioquímica) Tania Mesa González 1º CURS BIOLOGIA UAB TEMA 2: PRINCIPIS DE BIOENERGÈTICA.
 La vida necessita energia: la vida es troba construïda per complexes estructures. La construcció de dites estructures amb baixa entropia només és possible quan l'energia es gasta en el procés.
 - L’última font d'aquesta energia a la Terra és la llum solar.
- Els organismes mai estan en equilibri amb l’entorn.
Estructura molecular: és el resultat de la predisposició de quatre funcions d’estat: 1. E Energia interna  ΔE  La suma de l'energia cinètica, vibracional i rotacional dels àtoms i molècules i l'energia dels enllaços químics.
2. H  Entalpia  ΔH  El contingut de calor d'un sistema de reacció. Reflecteix el nombre i tipus d’enllaços químics en els reactius i productes.
 ΔH = Hproducts – Hreactants  ΔH < 0  exotèrmica  ΔH > 0  endotèrmica 3. S  Entropia  ΔS  Expressió quantitativa de l'aleatorietat en el sistema.
 ΔS = Sproducts – Sreactants.
 Si ΔS > 0  els productes són menys complexos i més desordenats que els reactius. Això es fa- vorable en els sistemes aïllats.
 Si ΔS < 0  Els productes són més complexos i ordenats.
4. G  Energia de gibbs  ΔG  Energia lliure  Expressió quantitativa de la quantitat d'energia capaç de fer la reacció a constant T i P.
 ΔG = Gproducts – Greactants.
 ΔG < 0  exergònica.
 ΔG > 0  endergònica.
 FUNCIONS ESTATATS: depenen només de l'estat actual del sistema, no importa la forma en que utilitzem per arribar-hi.
 L’ESTAT DEL SISTEMA: es defineix per la concentracions de les substàncies i dos d'aquests tres valors: temperatura (T), pressió (P) o volum (V).
 Lleis de la termodinàmica aplicades als organismes vius: Els organismes vius no poden crear energia del no-res, ni destruir-la així com així. Però si la poden transformar d'una forma a una altre.
- En el procés de transformació, els organismes vius ha d'augmentar l'entropia de l'univers.
- Per tal de mantenir l'organització dins de si mateixos, els éssers vius, han de poder extreure energia utilitzable a partir de la circumdant, i alliberar energia inútil (calor) de tornada a l’entorn.
1ª I 2ª LLEI DE TERMODINÀMICA:  Ens diuen quina quantitat reacciona però no pas si es pot dur a terme o no la reacció.
1ª LLEI: ΔE = q(calor) – w(treball)  w = PΔV  L’energia es manté però pateix transformacions.
2ª LLEI: Diu que la reacció es donarà sí i només si incrementa la variació de l’entropia de l’univers.
 ΔE = ΔH – PΔV  ΔH = ΔE + PΔV  S = klnW  W = nombre d'estats d'igual energia per a un sistema donat.
 ΔS  prediu la direcció (cada procés només es dona en una sola direcció) afavorida en sistemes aïllats.
No obstant això, els sistemes biològics estan oberts i mai en equilibri amb l'entorn.
 ΔS = SF-SI = k ln WF – k ln WI = k ln (WF/WI) Només si NI >>>>NA  k ln (NFNA /NINA) = k ln (NF/NI)NA = NA k ln (NF/NI) = NA k ln (VF/VI) NA; molècules en NI o NF de cel·les.
 Segona llei per a istemes oberts:  ΔG = ΔH – TΔS  ΔG = Gproducts – Greactants  Estat lliure d’energia:  Gº  Estat lliure d’energia per a la química, es dona a T=298K = 25ºC  P101,3KPa = 1atm i concentració 1M.
 G’º  En canvi les situacions biològiques són diferents ja que es donen en un medi aquós i les concentracions varien, però si s’han de considerar dos condicions: [H2O]= 55,5 M  pH=7  [H+]= 10-7M.
 En la reacció: A + B C+D  ΔG = GC + GD – (GA + GB)  GA = G°A + RT ln[A]; GB = G°B + RT ln[B]; etc.
Diu la dirección de la reacció, la Quantitat i la Qualitat.
Com i que  Quan la reacció està en equilibri; ΔG =0, llavors: Quant Diu la dirección de la reacció NOMÉS en condicions estàndars i la Qualitat de productes i reacctius.
 ΔG < 0  favorable.
 ΔG > 0 no favorable.
 ΔG = 0  equilibri.
 K’eq < 1  ΔG > 0  K’eq > 1  ΔG < 0  K’eq = 1  ΔG = 0 8  Totes les reaccions bioquímiques es donen per un motiu/factor. En general no s’inicien per si mateixes, per tant no és del tot correcte parlar amb el terme “espontani”, sinó que és més correcte parlar amb el terme “favorable”.
 Les reaccions poden ser additives, però les seves constants no són additives sinó multiplicables.
 Reaccions bioquímiques més comuns: 1. Oxidació-reducció (transferència d’ e-) 2. Transferència dels grups (H+ CH3+ PO32-) 3. L'escissió i la formació d'enllaços C-C 4. L'escissió i la formació d'enllaços polars 4.1 El mecanisme de substitució nucleofílica 4.2 El mecanisme d'addició-eliminació 4.2.1 Les reaccions d'hidròlisi i condensació 5. Reordenaments interns 6. Eliminacions (sense escissió)  Oxidació  Biològicament l’oxidació per combustió té lloc pas per pas, perquè no hi ha cap molècula que  Els nucleòfils (composts o àtoms que tendeix a agafar nuclis positius)  reaccionen amb electròfils (molècules que reaccionen amb càrrega negativa).
 En termodinàmica que el procés sigui favorable dinàmicament no vol dir que sigui cinèticament ràpida.
REACCIONS DEL CATABOLISME I ANABOLISME:  Monedes biològiques: Aquests molècules funcionen com a monedes de canvi que fan possible la producció d’energia necessària per a la producció de les reaccions.
 Categories de monedes: 1. ATP i altres fosforilades utilitzen el fosfor per actuar.
2. Altres que funcionen per oxidació-reducció.
 Transferència del grup fosfat i ATP: L’ATP és una de les monedes de canvi fosforilada. És una molècula que es recicla en els processos metabòlics. És una de les principals donadores de fosfat.
- ATP+Glucosa = atac nucleòfil  glucosa que és rica en electrons que ataquen al grup fosfat que es pobre en electrons.
- És una bona moneda de canvi per a transferir energia gràcies a que la seva hidròlisi és molt favorable.
9  Hidròlisi ATP: L’ATP es desfosforila en la següent reacció: -  ATP+H2O  ADP+Pi  Hidròlisi d'ATP és favorable en les condicions estàndard.
L’ADP té moltes menys càrrega electrònica, per tant és molt més estable que l’ATP. D’aquesta manera el Pi pot marxar tant lluny com vulgui.
- Això es deu a que la ressonància és més favorable en el producte.
- La ionització allibera un protó en un mitjà de baixa [H +].
- Millor solvatació dels productes.
 Diversos compostos fosforilats tenen una alta ΔG’º per la hidròlisi i es poden utilitzar per sintetitzar ATP.
REACCIONS BIOLÒGIQUES REDOX :  Hi ha diferents tipus de REDOX: 1. Transferència directa d’electrons.
2. Transferència d’àtoms d’H.
3. Transferència d’ions d’H  (H-).
Acceptor + e-  donador Oxidant + e-  reductor - Oxidant1 + reductor2 reductor1 + oxidant2 Moltes de les reaccions d'oxidació-reducció bioquímics impliquen transferència de dos electrons.
- La transferència de protons sovint va acompanya de la 4. Combinació directa d’O2.
transferència d'electrons.
- La reducció de compostos orgànics serveixen com a combustibles a partir dels electrons que poden ser trets durant l'oxidació.
  NAD + / NADH i NADP + / NADPH  són cofactors redox comuns Piles REDOX:  ΔE=ΔE’º-  ΔE’º= E’°acceptor - E’°donor  ΔG’º= -nºFΔE’º º  -n  Electrons transferits en la reacció.
 ºF  ctt Faraday = 96,5 KJ/molV 10 11 ...