HH (2007)

Otro Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Bioquímica - 5º curso
Asignatura HH
Año del apunte 2007
Páginas 14
Fecha de subida 27/10/2014
Descargas 32

Vista previa del texto

02-10-14 TEMA 3. Bases de la bioenergètica Calorimetria La bioenergètica es va començar a estudiar just quan va començar la química moderna (el pare n’és Lavoisier, que tractava els dos temes). Un dels temes de Lavoisier era la combustió  combinava molècules orgàniques amb O2 i observava la producció de CO2 i H2O. Agafava animals i veia que necessitaven O2 per combustionar molècules internes (al respirar feien CO2 i H2O).
  Calorimetria directa: estudia quantitativament la calor despresa pels animals.
o Calor latent de fusió del gel (+ massa d’aigua) / Q Posava animals dins d’un calorímetre (parets gairebé adiabàtiques). Entre la cistella i la paret posava gel de manera que la calor despresa per l’animal provocava la fusió del gel; obria l’aixeta i pesava la quantitat d’aigua produïda.
Ja es coneixia la calor latent de fusió del gel -> com que l’animal no feia treball i no desprenia gasos, T i P eren constants -> el calorímetre et permet calcular l’increment d’entalpia associat a la vida.
o Combustió d’aliments / Q Agafava calorímetres, hi ficava aliments a dins, i els hi produïa una combustió.
Coneixia la calor despresa en aquestes combustions.
Calorimetria indirecta Agafava una motxilla que amb un bidó amb oxigen i altres elements que permetés conèixer l’oxigen consumit per la persona i mesurar el CO2 produït i la posava sobre els animals. Si mesurem l’oxigen consumit, indirectament podrem conèixer ΔH (tenim la reacció: aliments + O2 ( consumit)  CO2 ( produït) + H2O + Q (= ΔH) ).
Ex. Dejuni 35-40 dies  pèrdua de 15kg de massa corporal. Hipòtesi química.
Calorímetre: aparell tancat, s’hi posa aigua i un pot, en el pot s’hi posen els aliments d’estudi i entra un elèctrode (O2) de dalt al pot, l’aliment s’inflama, desprèn calor i es mesura per un termòmetre que permet fer quantificació de la calor sensible, és a dir, la calor necessària per augmentar la calor de l’aigua unes determinades calories.
Esquema calorímetre directe: 1 Tenim dades per glúcids, lípids i proteïnes (components bàsics) fetes així i donen a P constant i W expansió: glúcids -4.1, lípids -9.3, proteïnes -5.5 (això és AH en Kcal/kg i per 103).
Les mesures de calorimetria directa s’han fet seriosament amb un calorímetre com el de la imatge: Suposarem que l’individu està en repòs i tombat. La massa que entra (me) és O2 i la que surt (ms) és CO2 i vapor d’aigua (si l’individu està respirant). Podem mesurar l’oxigen consumit i la calor despresa. També podem mesurar la quantitat de vapor d’aigua desprès (l’àcid sulfúric és molt làbil en l’aigua, i podem mesurar la quantitat d’aigua despresa tot mesurant l’increment en la massa d’àcid sulfúric). La quantitat de CO2 es mesura gràcies al NaOH, que en reacció amb aquest dóna lloc a Na2Co3. Cal tenir en compte que la calor que es desprèn està dividida en dues parts: Q sensible (escalfament de l’ambient, que es pot conèixer perquè hi ha un termòmetre a l’entrada i un a la sortida mesurant les diferències de T i es pot saber la Q que desprèn l’ambient degut a l’home que està a dintre) + Q latent (aigua líquida s’ha convertit en aigua vapor). Gràcies a la calor sabem quant val ΔH (ΔH = -2000 Kcal/dia, que es la BASAL METHABOLIC RATE). + calorimetria indirecta.
2 Per què calen 2000Kcal/dia si no et mous? Segon principi de la termodinàmica: dintre seu hi ha processos que si fossin fora de la llei de la natura no dissiparien calor, però com que sí que hi són, aquests processos tenen una dissipació de Q fruit del 2n principi de la termodinàmica.
Si fem treballs externs encara augmenta més ΔH. Cal sumar-li: - 500Kcal/dia si no estem en repòs 5000Kcal/dia si fem un tour de France Lavoisier va concloure que la respiració era equivalent a una combustió, la qual proporciona l’energia per viure.
Si un individu fa els 40 dies de dejuni, tenint en compte que fa una mica d’exercici, suposarem que necessita unes 2500Kcal/dia  100·103Kcal en el total dels 40 dies.
La mitjana dels valors glúcids, lípids i proteïnes (= ΔH per kg d’aliment o de massa corporal) = 6,3·103Kcal/kg (suposant que té la mateixa proporció de glúcids, lípids i proteïnes).
Si ho multipliquem pels 15Kg que perd l’individu obtenim 94,5·103Kcal, valor que es troba entre els 87.5-100 teòrics  si assumim la hipòtesi química en el sentit que el suport de la vida està basat en la combustió d’aliments, numèricament lliguen les dades. Per tant, encara que sigui una hipòtesi química macroscòpica, pot ser fiable.
Justifiquem que la combustió de 15Kg de massa corporal numèricament justifica les calories que necessita l’individu per fer el dejuni de 35-40 dies. Podem justificar amb una hipòtesi química els aspectes més bàsics de la bioenergètica.
És molt o és molt poc 2000Kcal/dia? Si fem el càlcul ( (2·10^3·10^3 / 3600 · 24 ) x 15 / 0,24cal = 100 Watts) veiem que necessitem aproximadament 100W (100 Joules/segon) per la nostra activitat  un humà per viure sense moure’s són uns 100 Watts (semblant a una bombeta!!!).
Per tant, per un individu de 70Kg: 100W/70Kg = 1.4W/Kg.
Comparem-ho amb el sol. El sol emet 4·1026W. Són molts, però té una massa de 2·1030, de manera que la seva potència és de 2·10-4W/kg. Això no és res en comparació amb el que necessita un individu!!! 07/08-10-14 Lavoisier pensava que la combustió dels aliments es realitzava als pulmons; i la calor produïda en aquesta combustió era transportada per la sang a la resta de l’organisme. No va ser fins el 1933 que es va establir la primera via metabòlica (la glucòlisi), i no va ser fins el 1937 que es va descobrir el cicle de Krebs.
Si fem un anàlisi energètica: Combustibles Triacilglicèrids Proteïnes musculars Glucogen Combustibles en circulació Massa (kg) 15 6 0.23 ΔH/kg (Kcal/kg) 9300 4100 4100 Total (Kcal) 140000 24000 900 0.02 5000 100 165000 3 El component més important de l’energia química dels éssers vius són els triacilglicèrids. Això sembla lògic: 1kg de glucogen equival a 4100Kcal, mentre que els triacilglicèrids són més energètics. Això és perquè el glucogen és hidrofílic i li cal una gran massa de solvatació -> els compostos lipídics necessiten molta menys hidratació, no necessitem tanta massa per la mateixa quantitat de molècules.
Necessitem molta menys massa (100kg enfront dels 15kg de lípids).
Hi ha ocells migratoris que fan travessies sobre el mar de 2500km gràcies a l’augment de 10 vegades el seu estoc en triacilglicèrids abans de marxar en aquests llargs viatges.
Quan la persona fa dejuni sabem, per estudis que s’han fet, que els 2 primers dies, i tenint en compte que les reserves de glúcids són petites, aquestes reserves s’esgoten ràpidament. A partir del segon dia fins aproximadament el dia 30 l’organisme viu dels triacilglicèrids de forma indirecta (cossos cetònics).
 Triacilglicèrids -> glicerol + àcids grassos  Β-oxidació dels àcids grassos -> Ac-CoA  Ac-CoA -> cossos cetònics (al fetge) El cervell necessita preferiblement, i sobretot durant els primers dies, glucosa per funcionar. El fetge l’haurà de produir pel cervell. Per nodrir la resta de teixits, l’acetil-CoA, al fetge, és convertit en cossos cetònics (acetoacetat i β-hidroxibutirat). Aquests cossos cetònics són transportats per la sang, arriben a la resta de teixits i, de manera molt ràpida, es transformen en Ac-CoA i aquest pot entrar al cicle dels àcids tricarboxílics. El fetge no pot aprofitar els cossos cetònics (li falta una acetil-transferasa). Però a partir del dia 30-40, fins i tot el cervell modifica el seu metabolisme per poder viure dels cossos cetònics. Com més gras sigui un individu, més temps aguantarà el dejuni.
Energia metabòlica Energia química transformadors Treball de tot tipus Calor dissipada transformadors Energia fotònica 1929: l'ATP és aïllat a partir d'extractes de múscul en medi àcid 1934: es va veure que a la glucòlisi hi havia producció d'ATP a partir d'ADP 1935: es va estudiar calorimètricament la reacció d'hidròlisi de l'ATP: ΔH<0 1939: es comprova que l'ATP indueix la contracció de la miosina i la formació de glucogen 1939: LIPMANN comprova que en el catabolisme hi ha producció d'ATP i que aquest té energia química per fer treball.
4 Catabolisme: relacionat amb la producció d'ATP que es necessitarà per fer treball mecànic i de biosíntesi.
Estructura de l’ATP Molts enzims de les cèl·lules són capaços de reconèixer l’estructura de l’ATP. El pKa del OH del P-gamma és aproximadament 7, de manera que a la cèl·lula trobem el 50% dels grups fosfats ionitzats: Cal destacar que l’ATP està acomplexat amb el Magnesi en relació 1:1 estadísticament. Pot ser que no n’hi hagi cap o que n’hi hagi 2 també, però són formes menys freqüents.
Els enllaços entre fosfats són enllaços anomenats anhídrids fosfòrics (semblants als anhídrids d’àcid). L’enllaç amb l’adenosina és un èster fosfòric. S’han fet estudis amb oxigen marcat 5 radioactivament i s’ha vist que el que salta de l’estructura quan s’hidrolitza l’ATP no és un ortofosfat sinó un fosforil (que s’uneix amb l’aigua per formar el fosfat).
La reacció d’hidròlisi és: L’ΔG’0 de la reacció és un valor negatiu que té bastanta importància. La constant d’equilibri és molt gran i la reacció està molt desplaçada cap a la dreta -> és molt difícil mesurar realment el valor de la constant d’equilibri.
Hi ha un problema de mesura: la [ATP] que queda en equilibri és molt baixa -> difícilment ho podrem mesurar amb un aparell com els que tenim -> el % d’error és enorme. Per solucionar això farem servir els enzims: Reacció catalitzada per l’hexocinasa. Podem treballar amb enzims perquè aquests no alteren el valor de la constant d’equilibri. Aquesta reacció té un ΔG’0 = -4.0Kcal/mol.
Si ara fem la reacció d’hidròlisi de la glucosa-6P a glucosa, obtenim un ΔG’0 = -3,3Kcal/mol.
D’això deduïm que el valor de ΔG’0 per la reacció d’hidròlisi de l’ATP és ΔG’0 = -7.3Kcal/mol. Per la hidròlisi de l’ADP obtenim el mateix valor. Ara bé, per la hidròlisi de l’AMP obtenim un valor de ΔG’0= -3.4 Kcal/mol (l’enllaç èster no és tan energètic).
El que determina la concentració d’ATP és: De manera que tenim una constant d’equilibri: Per dir realment quant val la constant d’equilibri cal donar la informació de la concentració de ions, pH, [Mg2+], medi emprat, la concentració inicial dels reactius (per l’activitat), etc. És una constant aparent, que no només depèn de la concentració.
Hi ha una tècnica no invasiva que permet fer estudis in vivo , la ressonància magnètica de 31P, que ens serveix per conèixer les concentracions d’aquests tres termes. Ens dóna pics molt ben caracteritzats que podem quantificar. D’aquesta manera podem aconseguir un valor bastant ben aproximat de la constant d’equilibri: 6 Termodinàmica de l’ATP Per què la reacció està desplaçada cap a la dreta? Degut a dos motius: A. Desestabilització dels reactius És una qüestió electrostàtica. L’estructura vol separar-se perquè hi ha gran quantitat de càrregues negatives molt properes entre elles. Segurament el més inestable sigui el P-γ, seguit del P-β.
Aquí tenim dues evidències que corroboren la nostra hipòtesi: 1) Segons el pH Si fem la reacció a pH=7 i mesurem ΔG i després fem el mateix a pH = 8: Δ(Δg0) = -1Kcal/mol. La reacció està més cap a la dreta encara quan augmentem el pH (l’hidroxil del P-γ encara està en major proporció desionitzat -> més q < 0).
2) Segons el magnesi Si treballem a 1mM i després a 0mM de Mg2+: Δ(ΔG0)= -1Kcal/mol -> en treure Mg2+ la reacció es vol realitzar més perquè les q < 0 estan menys apantallades.
B. Estabilització dels productes L. Pauling va veure que les unions P-O normals tenen una longitud d’enllaç 1.73A, mentre que en l’ortofosfat, aquests enllaços P-O tenien un valor de 1.54A -> és un valor més petit, però no tant com el valor d’un enllaç doble.
Això va comportar a la teoria de la ressonància (estabilització per ressonància).
El Pi té 4 formes ressonants. L’ADP en té 5, i l’ATP en té 7. En els productes tenim més formes possibles de ressonància. Si fem servir Boltzmann podem pensar que l’estat dels productes té una major probabilitat d’existència -> el pas a productes també és degut a un terme entròpic.
L’estabilització provocada per aquest canvi de ressonància justifica el canvi d’ΔS0 de la reacció.
La desestabilització dels reactius justifica el valor de d’ΔH0 de la reacció. Tot sumat dóna ΔG0 de la reacció.
09-10-14 Altres molècules energètiques importants en el metabolisme ΔG0 Kcal/mol Fosfoenol piruvat (PEP) -14,8 1,3-bisfosfoglicerat -11,8 Fosfocreatina -10,3 Fosfoarginina -7,7 ATP -7,3 G-1-P -5,0 F-G-P -3,8 Glicereol-1-P -2,2 Aquesta posició mitjana de l’ATP permet fer una hipòtesi: “l’ATP com a intermediari comú de les reaccions acoblades”. L’energia de les substàncies de la taula passarien a través de l’ATP i aquest actuaria com a un sistema d’acoblament (basat en l’ATP/ADP).
7 En un sistema viu (cèl·lula): en el metabolisme hi ha reaccions acoblades en les quals actua el sistema ATP/ADP. Exemples: PEP + ADP  Piruvat + ATP, que té ΔG0 = -7,5Kcal/mol Aquesta reacció té una constant d’equilibri que és MOLT gran  està molt desplaçada cap a la dreta (sentit esquerre fletxa petita) => hi ha un enzim que la catalitza: piruvat quinasa.
ATP + Glucosa  ADP + G-6-P, ΔG0 = -4,0Kcal/mol Aquesta reacció també està fortament desplaçada cap a la dreta i ve catalitzada per l’enzim hexocinasa.
En un laboratori: les reaccions vistes poden tenir lloc? 1) PEP + H2O  Piruvat + Pi, ΔG0 = -14,8Kcal/mol (espontània).
Si ara agafo ADP + Pi  ATP + H2O, ΔG0 = +7,3  ESTÀ AFAVORIDA CAP A L’ESQUERRA!!! Voldria que anés cap a la dreta per mimetitzar la reacció que es fa a la cèl·lula, però no passa! 2) Glucosa + Pi  Glucosa-6-P, ΔG0 = +3,3Kcal/mol  AFAVORIDA CAP A L’ESQUERRA!!! No puc obtenir glucosa-6-P en quantitat apreciable.
Però ara, si agafo ATP i l’hidrolitzo: ATP + H2O  ADP + Pi, AG = -7,3Kcal/mol (espontani).
El metabolisme modifica la direcció de la reacció del punt (2) acoblant-la a la reacció d’hidròlisi de l’ATP, que empeny l’equilibri cap a l’altra banda perquè és mol energètica. Però un químic al laboratori no pot fer aquesta reacció, no passarà un temps raonable ni de forma acoblada -> les reaccions no es comunicaran energia.
En la primera reacció fa que a més de tenir piruvat tingui ATP. En el laboratori no pots, però si fas les dues reaccions (1) i (2) sí que pots. Com les combines? A la cèl·lula hi ha un enzim que les combina (hexocinasa o piruvat quinasa). La cèl·lula aconsegueix que la reacció (2), gràcies a l’intermediari comú ATP/ADP, pugui tenir lloc. Si sumem les E donen els ΔG de la cèl·lula! Però com puc acoblar al laboratori? Tinc una massa M grossa i una massa m petita: M m Sabem que si no fem res M caurà i l’energia potencial que teníem es convertirà en energia tèrmica, suposant que el terra no es deformi (sinó energia mecànica es torna en energia mecànica en el terra deformat). Però suposant que no es deforma, tot es queda en energia tèrmica. I el què volíem era aprofitar la gran quantitat d’energia que té M per fer que m pugi.
Per tal d’aconseguir això necessitem un sistema d’acoblament, que en aquest cas seria una corda + politja, que acoblaria en un sistema físic: la massa M amb m i aleshores puc fer que amb l’energia que fa que M baixi, farà que m pugi. Tinc un sistema d’acoblament que em permet aprofitar l’energia mecànica.
8 Per tant, PEP, si el poso dintre del tub d’assaig, tinc molta energia en el tub, reacciona amb l’aigua, el que notaré és dissipació de calor -> s’escalfarà!!! Em cal un sistema d’acoblament: PEP (molta energia)  Piruvat (menys energia) G-6P (més energia)  Glucosa (menys energia) El sistema d’acoblament químic és que a través del pas de PEP a piruvat, l’ADP + Pi passa a ATP i fa que es doni la reacció de la glucosa, perquè ATP passa a ADP + Pi i va fent (el sistema ATP/ADP està com al mig de les energies: ATP més que ADP, però menys que PEP i G-6P, i ADP menys que ATP, però una mica més que G i piruvat).
Els enzims no aprofiten tota l’energia, només la que necessiten, però sempre en disposen d’un excés. L’energia no aprofitada serà dissipada en forma de calor. Els enzims dependents d’ATP són un acoblament químic molt sofisticat -> en el sí de l’enzim es permet aquest acoblament energètic, la qual cosa no pot succeir sense l’ambient aquest.
Ara mirem una altra reacció: ATP + Creatina  ADP + fosfocreatina (reacció catalitzada per la creatina-quinasa) Aquesta reacció pot anar tant cap a la dreta com a l’esquerra, segons la cèl·lula anirà cap a un cantó o cap a un altre.
La fosfocreatina es va descobrir en els extractes de múscul. És una molècula molt diferent de l’ATP, però també conté un P que fa que s’hi assembli i que li permet bescanviar P gràcies a la creatina quinasa.
És una reserva d’energia molt important en el múscul. La conversió a ATP és molt ràpida quan hi ha activitat muscular intensa. L’ATP, però, no és un emmagatzemador d’energia, sinó que és una moneda d’intercanvi energètic. Els emmagatzemadors d’energia són molècules com els lípids, els glúcids, etc.
La fosfocreatina i la fosfoarginina són molècules conegudes com a fosfàgens i col·laboren amb l’ATP. Es troben al múscul, on s’acumulen certes quantitats significatives, no molt grans, de fosfocreatina, i quan la [ATP] disminueix en el múscul, aquest agafa fosfocreatina i genera ATP a partir de l’ADP.
L’ATP és universal perquè hi ha molts enzims que el fan servir. L’evolució l’ha triat com un element d’acoblament molt genèric. També hi ha d’altres nucleòtids trifosfats que s’empren com a molècules energètiques: en la síntesi polisacàrids intervé UTP. En la síntesi de RNA intervé UTP, ATP, GTP i CTP. En la síntesi de DNA intervenen les formes desoxi: dATP, dGTP, dCTP, dTTP. En la síntesi de lípids intervé CTP. En la de proteïnes intervé GTP.
Qualsevol d’aquestes molècules poden transformar-se les unes amb les altres: XTP + YDP es pot transformar a XDP + YPT sigui qui sigui X i Y.
Aquesta reacció, sigui qui sigui X i Y, és catalitzada pel nucleòsid-difosfat-quinasa, que fa que si el metabolisme necessita més ATP treu el P d’altres, etc.
9 Fins ara hem considerat que la hidròlisi de l’ATP es dóna només en el fosfat gamma: ATP + H2O  ADP + Pi (ortofosfat), ΔG0 = -7,3Kcal/mol. Però també existeix la lisi de dos fosfats, d’un pirofosfat, de manera que també es pot donar en el metabolisme: ATP + H2O  AMP + PPi (pirofosfat), ΔG0 = -6,9Kcal/mol El paper fonamental del pirofosfat és desplaçar les reaccions cap a la dreta.
Recordem que quan l’ATP perdia el primer fosfat, aquesta reacció era molt afavorida degut a les repulsions electrostàtiques. El mateix passava pel segon, però i per l’últim? El fosfat alfa té molt poca tendència a marxar perquè NO hi ha repulsió de càrregues.
Exemples de trencaments amb pirofosfat:  Àcids grassos (lípids): perquè es doni la beta-oxidació cal que l’àcid gras s’activi, és a dir, enganxar el CoA a l’àcid gras formant acilgras-CoA (RCO-CoA): RCOOH + ATP + CoA-SH  RCO-CoA + AMP + PPi Per què es produeix aquest trencament PPi i no un altre? Aquesta reacció té un ΔG0 = 0.20  està molt poc desplaçada cap a la dreta, però a la cèl·lula li convé que estigui desplaçada!! A la cèl·lula aquest PPi pateix una reacció d’hidròlisi (H2O) (catalitzada per la pirofosfatasa inorgànica) i dóna 2Pi (dos fosfats inorgànics). Aquesta hidròlisi té una ΔG0 = -6,9Kcal/mol. Per tant, el conjunt de ΔG0 = -7,1Kcal/mol.
La reacció catalitzada per la pirofosfatasa inorgànica, mostra el que diuen en molts llibres que el pirofosfat serveix per arrastrar reaccions que no es donarien cap a la dreta, provocades per la posterior hidròlisi d’aquest. El trencament del PPi afavoreix reaccions que no es produirien de manera notable. A més a més, des del punt de vista químic, si tinc una reacció i un dels productes de la reacció em dedico a eliminar-lo (PPi), la reacció es desplaça cap a la dreta  l’equilibri es mou perquè em dedico a transformar el PPi!!!  Exemple glúcids: NTP + Sucre-1P  NDP-Sucre (nucleòsid activat pel sucre, és molt important) + PPi (es trenca en 2Pi).
 Exemple DNA: dNTP + (dNMP)n  (dNMP)n+1 + PPi (s’hidrolitza a 2Pi).
D’un DNA de longitud “n” s’obté un DNA de longitud “n+1”. Sense el PPi aquesta reacció no estaria gens afavorida. Això permet que passi la reacció i es formi DNA.
S’ha trobat organismes que fan servir el pirofosfat directament, no d’aquesta manera que hem vist per moure una reacció cap a la dreta, sinó que el fan servir directament com si fos ATP!!! És el cas del paràsit “ENTAMOEBA HISTOLOGYCA”, que el què fa és passar glucosa  glucosa6P i en aquí hi intervé ATPADP com en la glucòlisi normal. Després es forma Fructosa-6P  FDP, però en aquest darrer pas fa de PPi a Pi!!! L’utilitza directament com si fos ATP!!! Això continua fins a PEP. Aleshores PEP  Oxalacetat a partir d’una entrada de Pi i CO2, però alhora es forma, a part d’oxalacetat, surt PPi. Passarem a piruvat i en el pas aquest el PPi intervé i es produirà a partir d’AMP ATP. Esquema general: G  G-6P F-6PFDPPEPPiruvat Oxalacetat 10 Es creu que abans el PPi era equivalent a l’ATP. Es parla també dels oligofosfats. Es creu que en algun moment els fosfats es van unir a l’adenosina i aquest complex covalent es va tornar en el més desitjat per molts enzims. Molts enzims prefereixen ATP com a substrat. Per això es diu que l’ATP és una moneda de bescanvi energètic UNIVERSAL. Però l’ATP no representa un estoc d’energia perquè la quantitat d’ATP que hi ha a la cèl·lula és baixa: l’ATP és un TRANSMISSOR d’energia metabòlica no un estoc d’energia! 14/15-10-14 Visió crítica del concepte d’enllaç ric en energia Enllaços fosfanhídrids: L’energia continguda en l’enllaç depèn de la totalitat del sistema: On α = raó de masses actives.
   Si α = Keq, aleshores Si α > Keq, aleshores Si α < Keq, aleshores Els enllaços són els mateixos, però no sempre són rics en energia. La quantitat d’energia depèn de la situació en què es troba el sistema.
L’última fila correspon a les condicions cel·lulars. La cèl·lula té la reacció en unes condicions molt lluny de l’equilibri estàndard -> desplaça molt la reacció cap a la dreta, mantenint la [ATP] 11 molt elevada, de tal manera que s’alliberi molta més E (crea unes diferències de potencial químic bestials per poder extreure-li molta energia). Potencialment qualsevol molècula podria haver tingut el rol de l’ATP, només caldria mantenir uns nivells tals que la diferència de potencial químic fos bestial.
L’ATP, per poder acomplir aquest paper, ha de ser una molècula termodinàmicament molt inestable però, a la vegada, cinèticament molt estable, de manera que tot i que la seva hidròlisi sigui molt espontània no es pugui donar sense l’ajut d’un enzim.
E. coli necessita aproximadament 2,5·106 molècules d’ATP cada segon per poder créixer. Ara bé, una cèl·lula d’E. Coli només té 5·106 molècules d’ATP. Si s’afegeix fosfat radioactiu a un cultiu d’E. Coli, en 1 o 2 segons, aquest P és incorporat a l’ATP => constantment l’ATP s’està fent servir i renovant-se, en qüestió de segons.
Ara suposem el cas del lactobacillus. Fent càlculs, resulta que aquest necessita 180g d’ATP/dia i per gram de cèl·lules (una bestialitat). El acetobàcter necessita 7kg d’ATP/dia i per gram de cèl·lules. Un humà necessita 75kg d’ATP/dia  cal que hi hagi una síntesi constant d’ATP que contraresti el consum d’aquesta. La vida mitjana de l’estoc d’ATP en humans és d’1-2 minuts.
Per anàlisi química es troba que la concentració d’ATP a la cèl·lula és constant. Molts químics dirien que el sistema estaria en equilibri, però no és cert! El sistema NO està en equilibri, sinó que està en un estat estacionari dinàmic. Aquest estat estacionari és la cornerstone de la vida => l’equilibri és la mort.
El fet que existeixi aquest equilibri comú permet que es puguin fer diagnòstics.
Proposta d’Atkinson per donar un valor a l’estat estacionari: Aquest valor pot anar de 0 a 1. La [ADP] està multiplicada per ½ perquè la seva càrrega en P és la meitat que la de l’ATP. A totes les cèl·lules ens trobem a uns nivells energètics d’entre 0.80.95: 12 Si sortim de l’estat estacionari, el propi sistema rectifica i ens porta a l’estat estacionari de nou.
Cal que la regulació de les dues vies (consum i producció) sigui independent, perquè sinó seria impossible tornar a l’estat estacionari.
Exemples que demostren una regulació independent: estan en orgànuls diferents, tenen punts de control diferent...
Estabilitat cinètica Suposem la reacció: cel·lulosa + O2  CO2 + H2O Hi ha obstacles perquè es puguin donar o no les reaccions: o o Obstacle termodinàmic: determina allò que pot succeir Obstacle cinètic: determina allò que pot succeir en un temps raonable La Termodinàmica no té en compte el temps, no podem predir amb la termodinàmica .
Per això cal la cinètica. Hi ha reaccions espontànies que no són cinèticament reproduïbles en un període de temps compatible amb la vida.
Quins són els obstacles químics? tenen a veure amb la cinètica de les reaccions. Sabem que: .
Cal trobar el significat físic de la constant de velocitat. Com més K més velocitat. Arrhenius va identificar la K: Empíricament va trobar que: 13 Fent un fitting va suposar que: Hipòtesi d’Arrhenius: els reactius tenen una determinada energia, la qual és superior a la dels productes. Per anar de reactius a productes, però, cal passar per un complex activat que té un excés d’energia (energia d’activació).  Cal escriure les reaccions químiques com: R -> R* -> P.
Per tant, . Si apliquem Boltzmann: Podem fer la relació següent: .
Podem relacionar la teoria amb l’evidència empírica: Com més gran és l’energia d’activació, menor és K.
Les substàncies que fem servir en el nostre metabolisme presenten un tret comú: són substàncies metaestables. Es tracta de substàncies reactives (inestables termodinàmicament) però cinèticament estables. Un exemple és l’ATP, que presenta una hidròlisi molt afavorida termodinàmicament però no pas cinèticament, la qual cosa ens permet mantenir uns nivells d’aquest nucleòtid a la cèl·lula.
Les reaccions termodinàmicament possibles i els enzims Els enzims permeten reduir de les reaccions catalitzades. Com a conseqüència, les reaccions es poden donar molt més ràpidament. Però aquests, no alteren l’equilibri  no alteren les característiques termodinàmiques de la reacció.
Perquè les reaccions puguin passar cal fixar-se en la termodinàmica. Ara bé, perquè es donin, un cop sabem que són possibles, cal fixar-se en la cinètica. Això explica perquè, de totes les reaccions possibles que es poden donar entre els metabòlits cel·lulars, només se’n dóna un nombre reduït de reaccions -> només es donen, tret d’algunes excepcions, les reaccions catalitzades per enzims (cinèticament afavorides).
- Termodinàmica: poder legislatiu Cinètica: poder executiu 14 ...