1. FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICO-BIOLÓGICAS

2. METABOLISMO

4. 4
METABOLISMO

5. METABOLISMO

6. METABOLISMO

7. METABOLISMO

8. METABOLISMO

9. METABOLISMO

10. METABOLISMO

12. Catabolismo
• Rutas oxidantes; se libera energía y poder reductor y a
la vez de sintetiza ATP.
• Glucólisis , beta-oxidación, glucogenolisis.
Anabolismo
• Rutas reductoras en las que se consume energía (ATP) y
poder reductor.
• Gluconeogénesis , Lipogénesis, Glucogénesis
Anfibolismo
• Rutas mixtas, catabólicas y anabólicas.
• Ciclo de Krebs, que genera energía y poder reductor y a
la vez precursores para la biosíntesis. Ciclo de la urea
Anabolismo y catabolismo son simultáneos y a veces sin límites
precisos y requieren de enzimas para poderse llevar a cabo.
METABOLISMO

13. METABOLISMO
Molécula utilizada por todos los organismos vivos para
proporcionar energía en las reacciones químicas. Es uno de
los cuatro monómeros utilizados en la síntesis de ARN
celular. Es una coenzima de transferencia de grupos fosfato
que se enlaza de manera no-covalente a las
enzimasquinasas (co-sustrato).
Las reservas de ATP en el organismo no exceden de
unos pocos segundos de consumo. El ATP se produce
de forma continua, pero cualquier proceso que
bloquee su producción provoca la muerte rápida.
Debido a la presencia de
enlaces ricos en energía
(fosfatos), esta molécula
se utiliza en los seres
vivos para proporcionar
la energía que se
consume en las
reacciones químicas
degradándose a ADP.

14. METABOLISMO

15. METABOLISMO
• Obtener energía química (ATP) degradando nutrientes ricos en energía (o a
partir de la energía solar)
• Convertir moléculas nutrientes en moléculas celulares (fabricar los
componentes celulares)
• Polimerizar precursores monoméricos a proteínas, ácidos nucleicos,
polisacáridos, etc.
• Sintetizar y degradar biomoléculas requeridas en funciones celulares
especializadas (hormonas, neurotransmisores, etc.)

16. VÍAS QUE PROCESAN LOS PRINCIPALES PRODUCTOS DE LA
DIGESTIÓN
Todas las vías llevan a la producción de acetil-coa, que se oxida en el ciclo del
acido cítrico y al final produce ATP mediante el proceso de fosforilación
oxidativa.

17. METABOLISMO
CARACTERÍSTICAS DEL METABOLISMO
• Las reacciones bioquímicas son muchas, pero las reacciones
importantes son relativamente pocas.
• Las rutas metabólicas centrales son pocas y son similares en
todas las formas vivas.
• Las moléculas importantes del metabolismo no son mas de
100.
• Todas las rutas se regulan de forma similar.

18. METABOLISMO

19. METABOLISMO

20. METABOLISMO

21. A) Fosforilación dependiente de ATP de un residuo
de serina.
B) Adenililación, transferencia de un adenilato
desde el ATP.
METABOLISMO

22. C) ADP- ribosilación, transferencia de un ADP ribosilo
procedente del NAD
METABOLISMO

23. METABOLISMO

24. METABOLISMO

25. PRINCIPALES MECANISMOS DE REGULACIÓN
COMPARTAMENTALIZACIÓN CELULAR
Las enzimas que participan en el mismo proceso están
situadas en un compartimiento concreto dentro de la célula.
La compartimentación o compartamentalización crea una
división del trabajo en el interior de la célula lo cual aumenta
la eficacia de la función celular además de tener una función
reguladora importante
METABOLISMO

26. COMPARTAMENTALIZACIÓN CELULAR
-Permeabilidad selectiva de las membranas para los distintos
metabolitos ( se controla el paso de intermediarios desde un
compartimiento a otro)
-Los intermediarios de una ruta quedan atrapados en el interior de un orgánulo
-Los transportadores específicos permiten la entra de sustratos y la salida de
productos.
-El flujo que entra a la ruta puede regularse mediante la velocidad
que un sustrato entra en el compartimiento.
METABOLISMO
PRINCIPALES MECANISMOS DE REGULACIÓN

27. Núcleo
Replicación de DNA, síntesis
De tRNA, mRNA y algunas
proteínas celulares
Vacuola
Almacenamiento de
agua
Citosol
Glucólisis; gluconeogénesis (algunas)
Pentosas fosfato; activación de aa, síntesis
de AG, síntesis de nucleótidos
Gránulos de Glucógeno
Síntesis y degradación de
glucógeno
Lisosomas
Segregación de enzimas
hidrolíticas (fosfatasa ácida)
Mitocondria
C. de Krebs, transporte
electrónico, fosforilación
oxidativa; oxidación de AG
Catabolismo de AA
Oxidación del Piruvato
Cloroplasto (plantas)
Fotosíntesis
Nucléolo
Síntesis de RNA ribosómico
Microcuerpos
Oxidación de AA, Rxns de la
catalasa y peroxidasa;
Degradación de esteroles;
Rxns ciclo de glioxilato
(plantas)
Complejo e Golgi
Maduración de glucoproteínas
y otros componentes de las
membranas y los vasos
secretores
Retículo Endoplásmico
Síntesis de lípidos; envío
de productos biosintéticos
a su localización final
Ribosomas
Síntesis de proteínas
Membrana plasmática
Sistemas de transporte
dependientes de energía
Núcleo
Replicación de DNA, síntesis
De tRNA, mRNA y algunas
proteínas celulares
Vacuola
Almacenamiento de
agua
Citosol
Glucólisis; gluconeogénesis (algunas)
Pentosas fosfato; activación de aa, síntesis
de AG, síntesis de nucleótidos
Gránulos de Glucógeno
Síntesis y degradación de
Glucógeno
Lisosomas
Segregación de enzimas
hidrolíticas (fosfatasa ác
ida)
Mitocondria
C. de Krebs, transporte
electrónico, fosforilación
oxidativa; oxidación de AG
Catabolismo de AA
Oxidación del Piruvato
Cloroplasto (plantas)
Fotosíntesis
Nucléolo
Síntesis de RNA ribosómico
Microcuerpos
Oxidación de AA, Rxns de la
catalasa y peroxidasa;
Degradación de esteroles;
Rxns ciclo de glioxilato
(plantas)
Complejo e Golgi
Maduración de glucoproteínas
y otros componentes de las
membranas y los vasos
secretores
Retículo Endoplásmico
Síntesis de lípidos; envío
de productos biosintéticos
a su localización final
Ribosomas
Síntesis de proteínas
Membrana plasmática
Sistemas de transporte
dependientes de energía
Núcleo
Replicación de DNA, síntesis
De tRNA, mRNA y algunas
proteínas celulares
Vacuola
Almacenamiento de
agua
Citosol
Glucólisis; gluconeogénesis (algunas)
Pentosas fosfato; activación de aa, síntesis
de AG, síntesis de nucleótidos
Gránulos de Glucógeno
Síntesis y degradación de
Glucógeno
Lisosomas
Segregación de enzimas
hidrolíticas (fosfatasa ácida)
Mitocondria
C. de Krebs, transporte
electrónico, fosforilación
oxidativa; oxidación de AG
Catabolismo de AA
Oxidación del Piruvato
Cloroplasto (plantas)
Fotosíntesis
Nucléolo
Síntesis de RNA ribosómico
Microcuerpos
Oxidación de AA, Rxns de la
catalasa y peroxidasa;
Degradación de esteroles;
Rxns ciclo de glioxilato
(plantas)
Complejo e Golgi
Maduración de glucoproteínas
y otros componentes de las
membranas y los vasos
secretores
Retículo Endoplásmico
Síntesis de lípidos; envío
de productos biosintéticos
a su localización final
Ribosomas
Síntesis de proteínas
Membrana plasmática
Sistemas de transporte
dependientes de energía

28. PRINCIPALES MECANISMOS DE REGULACIÓN
REGULACIÓN HORMONAL
METABOLISMO

29. BIOENERGÉTICA

30. BIOENERGÉTICA
• BACTERIAS FOTOSINTÉTICAS
• ALGAS VERDES
• PLANTAS SUPERIORES
• CIANOBACTERIAS
• Nitrógeno
MOLECULAS ORGÁNICAS COMPLEJAS
o ANIMALES ULTICELULARES
o MAYORIA DE MICROORGANISMOS
AUTOSUFICIENTES

31. BIOENERGÉTICA
FLUJO ENERGÉTICO

32. BIOENERGÉTICA
CICLO DE CARBONO
Y OXÍGENO

33. BIOENERGÉTICA
CICLO DEL NITRÓGENO

34. BIOENERGÉTICA
Energía solar
Fotosíntesis
Energía Química
ATP, NADPH, glucosa
Contracción Trabajo Biosíntesis
Energía disipada
Calor, entropía

35. BIOENERGÉTICA
CICLO ENERGÉTICO DE LA CÉLULA

36. BIOENERGÉTICA

37. BIOENERGÉTICA

38. REACCIONES BIOQUÍMICAS
• Las reacciones bioquímicas tienen lugar bajo
condiciones especiales:
– Soluciones acuosas
– Condiciones suaves: presión y temperatura prácticamente
constantes
– pH fisiológico
– Catalizadas enzimáticamente
BIOENERGÉTICA

39. TIPOS DE REACCIONES BIOQUÍMICAS
BIOENERGÉTICA

40. TRABAJO Y ENERGÍA EN LOS SISTEMAS VIVOS
• Los organismos realizan gran cantidad de
transformaciones de energía
• •Convierten la energía química (ATP) de los
combustibles en:
– Calor, energía mecánica, energía eléctrica, otras fuentes de
energía química
BIOENERGÉTICA

41. Transformaciones químicas en el interior de
las células
TRABAJO BIOLÓGICO:
• Biosíntesis (anabolismo)
• Trabajo mecánico (contracción muscular)
• Gradientes osmóticos (transporte contra gradiente)
• Trabajo eléctrico (transmisión del impulso nervioso) etc.
• PRODUCTOS FINALES DEL METABOLISMO
(moléculas simples CO2, H2O)
• CALOR
BIOENERGÉTICA

42. BIOENERGÉTICA
Rama de la bioquímica que estudia la transferencia
y utilización de energía en los sistemas biológicos.
Comprende el estudio cuantitativo de los cambios de
energía de las reacciones bioquímicas.
Aplica los principios básicos de la termodinámica a los
sistemas biológicos.
LA TERMODINAMICA ES LA CIENCIA QUE ESTUDIA LA
ENERGIA Y SUS TRANSFORMACIONES
BIOENERGÉTICA

43. Se denomina sistema termodinámico a aquella parte del
universo que se está observando.
El entorno es el resto del universo. El sistema y su entorno
constituyen el universo.
Entorno Sistema Universo
Las células vivas y los organismos son sistemas abiertos
que intercambian materia y energía con el entorno
ESTADO DE UN SISTEMA: es el conjunto de propiedades que permiten
definirlo (ej.: P, V, T)
BIOENERGÉTICA

44. ENERGÍA TOTAL DE UN SISTEMA
La suma de todas las formas de
energía de un sistema se denomina
energía total, la cual es la suma de las
energías cinética, potencial e interna.
La energía interna representa a la
energía molecular de un sistema
(energía de las moléculas, sus
interacciones, energía de protones,
etc.).
BIOENERGÉTICA

45. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
“La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma”
ΔE = q –w
q = calor hacia el sistema
w=trabajo hecho por el sistema
E= energía interna
ΔE = variación entre el estado final y el inicial. Es una función
de estado
BIOENERGÉTICA

46. ENTALPÍA
ΔH representa la medida del cambio de energía que ocurre en un proceso a
presión constante:
H = E + PV ó ΔH = ΔE + PΔV
El cambio de entalpía depende únicamente del estado inicial y final de la
reacción, por lo que constituye una función de estado. A volumen constante:
ΔH = ΔE
Si el sistema es una reacción química la entalpía es el calor de reacción a presión
constante.
ΔH > 0 Reacción endotérmica
ΔH < 0 Reacción exotérmica
BIOENERGÉTICA

47. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
“Los procesos espontáneos tienden a aumentar la entropía hasta un
valor máximo”
La segunda ley provee criterios para determinar si un proceso se
producirá o no, pero no nos dice nada acerca de la velocidad del
proceso.
La termodinámica permite predecir si un proceso ocurrirá
espontáneamente
La cinética química permite predecir a qué velocidad se produce dicho
proceso
BIOENERGÉTICA

48. ENTROPÍA
•La entropía es una medida del grado de desorden de un sistema.
•Los sistemas moleculares tienen una tendencia hacia el máximo
desorden.
La segunda ley se puede resumir como:
ΔS sistema+ ΔS entorno=ΔS universo>0 en todo proceso real
•S= Entropía
•K= Constante de Boltzmann
•W= es el número de formas diferentes que se pueden encontrar los
componentes del sistema
S = K lnW
BIOENERGÉTICA

49. ENTROPÍA
Baja entropía
•Hielo a 0ºC
•Un diamante a 0ºK
•Una molécula de proteína
en su conformación nativa
Alta entropía
•Agua a 0ºC
•Un diamante a 106 ºK
•La misma molécula de
proteína en un entorno
desnaturalizante, desplegada
BIOENERGÉTICA

50. BIOENERGÉTICA

51. LA ENERGÍA LIBRE DE GIBBS(G)
UN INDICADOR DE ESPONTANEIDAD
• Los sistemas biológicos son sistemas abiertos por lo cual se requiere
una nueva función de estado que incluya tanto energía como entropía.
•La variación de energía libre de Gibbs (G) es la función de estado que
mejor describe la segunda ley en estos sistemas.
ΔG = ΔH -T ΔS
(a T y P constantes)
ΔG =diferencia de energía libre
ΔH = diferencia de entalpía
ΔS= diferencia de entropía
T=temperatura absoluta(en K)
BIOENERGÉTICA

52. La energía libre (G) es la parte
de energía de un sistema capaz
de hacer trabajo biológico.
Las reacciones espontáneas van
en la dirección de
más baja energía libre
ΔG (-), EXERGÓNICA, favorable
o espontánea
ΔG (+), ENDERGÓNICA, no
espontánea.
ΔG=0, equilibrio
BIOENERGÉTICA

53. Conceptualmente podemos definir ΔG como la fracción de variación
total de energía que es capaz de efectuar trabajo a medida que el
sistema tiende al equilibrio, a P y T constante.
ΔG = -w (trabajo máximo)
•Cuanto más alejado esté el sistema del equilibrio, más trabajo
podrá realizar
• Los sistemas vivientes se encuentran alejados del equilibrio para
poder realizar trabajo
“Dado un sistema abierto, el criterio para que un
proceso sea espontáneo a P y T constantes, es que ΔG
sea negativo".
BIOENERGÉTICA

54. ΔG y concentración
Condiciones Estándar
ΔG es influenciada por las características de las moléculas reaccionantes,
temperatura, presión etc.
Las condiciones estándar para la energía libre(ΔG°’) en bioquímica se
calculan bajo las siguientes condiciones:
T = 298°K (25°C)
P = 1 atm
pH = 7.0
[ ] = 1 M para reactivos y productos
R = constante de los gases
BIOENERGÉTICA

55. Para una reacción simple:
ΔG= ΔG°’+ RT ln [productos]
[reactivos]
En otras palabras, ΔG es la suma de dos partes:
ΔG°’,que depende de las propiedades intrínsecas de las moléculas
reaccionantes, más una función que depende de la concentración.
ΔG se vuelve más negativo a medida que disminuye la relación de
productos/reactivos.
BIOENERGÉTICA

56. En el equilibrio…
En el equilibrio ΔG=0
ΔGº’y K’eq se relacionan de la siguiente forma:
•Si ΔG°’es negativo, K’eq> 1
(la reacción ocurrirá espontáneamente hacia la formación de C y D)
•Si ΔG°’es positivo, K’eq< 1
(la reacción ocurrirá espontáneamente hacia la formación de A y B).
ΔGº’= -RT ln K’eq
BIOENERGÉTICA

57. ΔGº’= -RT ln K’eq
BIOENERGÉTICA

58. ΔGº’= variación de energía libre en condiciones estándar. Es
una CONSTANTE, tiene un valor fijo para cada reacción
ΔG = variación de energía libre real . Es variable, depende
de las concentraciones de reactivos y productos y de la
temperatura
En las células las condiciones no son las estándar
(sobre todo por las distintas concentraciones de reactivos y
productos)
BIOENERGÉTICA

59. BIOENERGÉTICA

60. Ejemplo:
ΔG?? Es espontánea?
BIOENERGÉTICA

61. BIOENERGÉTICA

62. BIOENERGÉTICA
10-2 * 10-5
-----------------
10-3

63. REACCIONES ACOPLADAS
Los cambios de energía libre estándar de reacciones
químicas secuenciales son aditivos.
BIOENERGÉTICA

64. REACCIONES ACOPLADAS
BIOENERGÉTICA

65. REACCIONES ACOPLADAS
Una cantidad termodinámica (ej: ΔG, ΔH, ΔS) 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(ΔG total debe ser negativa.)
Las reacciones exergónicas se acoplan a reacciones endergónicas:
la energía liberada por las exergónicas se usa para dar lugar a las
endergónicas, que no se producirían espontáneamente.
BIOENERGÉTICA

66. BIOENERGÉTICA

67. K’eq RXNS ACOPLADAS
BIOENERGÉTICA

68. LAS RXNS DE OXIDO-REDUCCIÓN PUEDEN DESCRIBIRSE COMO
SEMIRREACCIONES
Molécula donadora de electrones = Agente reductor
Molécula aceptora de electrones= Agente oxidante
Par Redox
BIOENERGÉTICA

69. Azúcar reductor Ión cúprico
BIOENERGÉTICA

70. LOS ELECTRONES SON TRANSFERIDOS DE DIFERENTES FORMAS
• Directamente como electrones
• Como átomos de H
Donador (H+)/(e-)
BIOENERGÉTICA

71. POTENCIALES ESTÁNDAR DE REDUCCIÓN Y CÁLCULO DE ΔG
E= Potencial de reducción
n= número de electrones transferidos por molécula
F =Contante de Faraday
BIOENERGÉTICA

72. Si el acetaldehído es reducido por el acarreador electrónico NADH
Las semirreacciones importantes que lo describen son:
Aceptor de
electrones
Donador de
electrones
BIOENERGÉTICA

73. pH= 7
Acetaldehído, etanol, NAD, NADH = 1M
Si, Acetaldehído y NADH = 1M, etanol y NAD+ =0.1M, el valor de Δ G
se calcula de la siguiente manera:
BIOENERGÉTICA

74. BIOENERGÉTICA

75. BIOENERGÉTICA

76. METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS

77. METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS