T6, Aproximació termodinàmica als éssers vius (2013)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Rovira y Virgili (URV)
Grado Bioquímica y Biología Molecular - 1º curso
Asignatura Bioquímica
Año del apunte 2013
Páginas 11
Fecha de subida 30/03/2015
Descargas 7
Subido por

Vista previa del texto

T. 6 Aproximació termodinàmica als éssers vius  Introducció Un organisme viu necessita molècules (nutrients) per: 1. Obtenir energia 2. Obtenir precursors per a síntesi d’estructures Una gran part del consum energètic és per a mantenir-se viu.
El metabolisme és la suma total de les reaccions químiques de les biomolècules en un organisme, i la seva gran finalitat és la de gestionar l’energia que obtenim del nutrients.
Una comparació de catabolisme i anabolisme (divergent).
 Estat estacionari Els éssers vius són sistemes oberts (perquè sempre necessiten aport energètic),que no estan en equilibri, i que requereixen un subministrament constant d’energia per créixer, mantenir-se i reproduir-se. Compleixen les lleis de la termodinàmica.
o Connexions bioquímiques: Termodinàmica El catabolisme és un procés oxidatiu que allibera energia.
- La oxidació és la pèrdua d’electrons - La reducció és el guany d’electrons Els éssers vius oxiden completament els nutrients, i transfereixen els electrons a l’oxigen.
Els organismes es comporten com un calorímetre, on l’energia s’ha transformat en calor.
Decrement en l’estat de reducció dels àtoms de carboni en les biomolècules  Reaccions redox Reaccions d’oxidació El NAD+ s’oxida.
El etanol es redueix.
o Les estructures i els estats redox dels coenzims Nicotinamida + NAD → NADH + H NADP+ → NADPH + El NAD+ és l’encarregat de recollir els protons de l’oxidació dels nutrients.
El trobem sobretot en vies catabòliques.
El NADP+, en vies anabòliques, sobretot en l’anabolisme lipídic Tenen estructura molt semblant, però fan rols molt diferents.
Les estructures de riboflavina, mononucleòtid de flavina (FMN) i dinucleòtid de flavina (FAD) També són recol·lectors de l’energia associada a l’oxidació dels nutrients.
 Reaccions acoblades L’estratègia del metabolisme energètic consisteix en aprofitar l’energia de processos exergònics per impulsar processos endergònics.
Reaccions per si soles no son viables termodinàmicament, però que en el organisme juntament amb una altra reacció si que té lloc.
Termes a diferenciar: Energia d’enllaç: l’energia que s’ha d’afegir per trencar un enllaç.
Així per eliminar el fosfat terminal de l’ATP cal aportar uns 418 J per mol.
Increment d’energia lliure associada a la hidròlisi del fosfat terminal de l’ATP.
Condicions estàndard BQ: En la vida la concentració és 10-7 M És incompatible a la vida Condicions estàndards generals: 25ºC 1 atm 1M Els sistemes biològics acoblen els processos endergònics i exergònics a través d’un intermediari comú: Endergònic: A + B = C + D ΔG1 > 0 Exergònic: D + E = F +G ΔG2 < 0 Si en valors, ΔG2 > ΔG1, el procés global és termodinàmicament possible.
L’intermediari D pot ser un compost químic o quimiosmòtic.
o L'acoblament de Producció i ús d'energia L'acoblament de la producció d'energia i les reaccions que requereixen energia és un tema central en el metabolisme de tots els organismes.
L'energia no pot ser utilitzada directament, ha de ser transportada en formes fàcilment accessibles d'energia química.
Enllaços "High Energy" - Enllaços que requereixen o alliberen quantitats convenients d'energia, depenent de la direcció de la reacció.
ATP és un essencial compost que conté enllaç d'alta energia.
La fosforilació d'ADP a ATP requereix energia La hidròlisi d'ATP a ADP allibera energia  Bioquímica de l’ATP (trifosfat d’adenosina) A pH neutre predomina l'espècie totalment dissociada ATP4-, però en les cèl·lules la forma metabòlicament activa és MgATP2-.
Tot i la complexitat de la molècula, la part reactiva són els grups fosfat.
4 (-) Despeses d'ATP I 3 de ADP, per tant és menys estable l’ATP.
Per què l'ATP es menys estable que ADP? L'energia ha de ser gastada per posar càrrega negativa addicional sobre ADP A més, pèrdua d'entropia quan l'ADP es fosforila perquè hi ha una pèrdua potencial d'hibridació de ressonància de fosfat inorgànic (Pi) de la fosforilació d'ADP en ATP.
• El què interessa conèixer, no és l'energia interna necessària per trencar l'enllaç P-O, sinó el canvi d'energia lliure associat a la transferència d'un dels grups funcionals a una altra molècula.
• Potencial de transferència del grup fosfat = mesura arbitrària de la tendència termodinàmica a transferir aquest grup per part dels diferents compostos fosforilats • Per poder comparar potencials de transferència del grup fosfat s’utilitza com a molècula acceptora estàndard l'aigua.
Així doncs, el que realment es compara són variacions d'energia lliure de les reaccions d'hidròlisi Totes les molècules per damunt la suma, dona ΔGº’ <0, per tant s’utilitzaran per obtenir ATP.
Per tant les reaccions acoblades també ens serveixen com a forma per a obtenir energia.
En resum: el concepte de què el trencament d’un enllaç desprèn energia o que es pot emmagatzemar energia en un enllaç no té significat físic.
 Generació d’ATP Hi ha 2 mecanismes fonamentals pels quals es pot utilitzar una font d'energia externa per sintetitzar ATP a partir d'ADP i fosfat: – Un de soluble: fosforilació a nivell de substrat La base de la fosforilació a nivell de substrat és la fosforilació enzimàtica de l’ADP per un compost amb elevat potencial de transferència de fosfat (major que el de l’ATP).
– Un altre associat a membranes: fosforilació depenent del transport electrònic Amb molta diferencia, la major part de l’ATP cel·lular s’origina per electrofosforilació: la fosforilació d’ADP es produeix aprofitant l’energia generada per un flux d’electrons.
(En eucariotes té lloc als mitocondris) Fotofosforilació: cas particular en que hi participen sistemes d’absorció i ús de llum visible.
(En eucariotes té lloc als cloroplasts) o Teoria quimiosmòtica (Mitchell, 1961) Aquesta teoria postula que mecanismes associats a membrana permeten que el flux d’electrons des d’una molècula donadora (reductor) a una altra d’acceptora (oxidant) s’acobli a la fosforilació de l’ADP i que el lligam entre aquests dos processos és un gradient electroquímic de protons a través d’aquesta membrana.
Procés vectorial: els components del sistema han d’estar en la direcció correcta.
El sistema consta de: - Cadenes de transport electrònic = motor formador del gradient de protons - ATP sintetasa: utilitza l’energia d’entrada dels protons per fabricar ATP - Una membrana aïllant elèctricament, poc permeable als H+ i tancada En la membrana interna s’acopla l’ATP sintetasa ...