Unidad 3

1. Unidad 3 ENERGÍA y METABOLISMO EL PRESENTE MATERIAL ES UNA SÍNTESIS QUE NO REEMPLAZA, SINO QUE COMPLEMENTA, AL RESTO DE LOS MATERIALES

2. Qué es la energía? ENERGÍA LUMÌMICA ENERGÍA EÓLICA • Lo definimos como la capacidad para realizar un trabajo. ENERGÍA ELÉCTRICA ENERGÌA POTENCIAL ENERGÌA CINÉTICA ENERGÍA QUÍMICA (energía de los enlaces PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA: LA ENERGÍA NO SE CREA NI SE DESTRUYE, SE TRANSFORMA LA ENERGÍA TOTAL PERMANECE CONSTANTE

3. SISTEMAS LOS SERES VIVOS SOMOS SISTEMAS ABIERTOS Un sistema abierto intercambia materia y energía con el entorno. Como la energía no se crea ni se destruye permanece constante en el universo Materia Sistema Energía Universo

4. TERMODINÁMICA La Termodinámica es rama de la Física que estudia la energía y sus transformaciones. PRIMERA LEY La energía no puede ser creada ni destruida, sino que se convierte de una forma a otra. SEGUNDA LEY En toda conversión energética, la energía potencial (útil) del estado final siempre es menor que la energía potencial del estado inicial (siempre y cuando no se quite ni suministre energía extra al sistema que se estudia). Es decir que en toda transformación energética hay una “inevitable” pérdida de energía, por lo que los sistemas tienden a un estado menos organizado, de mayor desorden (mayor entropía).

5. TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS Los productores transforman energía lumínica en energía química CALOR Cada transformación energética libera energía en forma de calor SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA: El calor (o entropía) del universo siempre aumenta ENERGÍA LUMÍNICA FOTOSÍNTESIS Este concepto se vincula con el de energía útil para los seres vivos. El calor es una forma de energía NO UTIL para seres vivientes por lo tanto, considerando el sistema “seres vivos”, cada proceso metabólico transforma energía útil en no útil, incrementando el calor o entropía del universo. ENERGÍA QUÍMICA

6. Algunos ejemplos….. En el proceso de combustión (oxidación) toda la energía química (enlaces covalentes de la glucosa, que integra la celulosa de la madera) se transforma en calor. Cuando comemos almidón, también formado por glucosas, lo oxidamos en nuestras células. Parte de la energía original de la glucosa queda contenida en el ATP, mientras que otra parte se transforma en calor CALOR RESPIRACIÓN CELULAR DIGESTIÓN ATP ENZIMAS LOS PROCESOS METABÓLICOS PRODUCEN LA OXIDACIÓN DE COMPUESTOS DE MANERA CONTROLADA. ESTE CONTROL SE LLEVA A CABO POR ENZIMAS.

7. Las reacciones metabólicas pueden ser Exergónicas o Endergónicas Reacciones Exergónicas La energía de los reactivos (Ei) es mayor que la de los productos (Ef) LIBERAN ENERGÍA Son espontáneas Reacciones Endergónicas La energía de los reactivos (Ei) es menor que la de los productos (Ef) REQUIEREN ENERGÍA

8. Seres Vivos realizan Intercambio de materia y energía con el medio ambiente METABOLISMO implica CATABOLISMO ANABOLISMO Conjunto de reacciones metabólicas de degradación o ruptura de moléculas complejas en moléculas más simples  Exergónicas Conjunto de reacciones metabólicas de síntesis o fabricación de moléculas complejas a partir de moléculas más simples  Endergónicas Metabolismo

9. ATP y Transporte de Energía La molécula de ATP transporta energía en sus uniones entre grupos fosfato, llamadas Uniones de Alta Energía.

10. Metabolismo y ATP El ATP es el intermediario que transporta en sus enlaces de alta energía, la energía liberada por la ruptura de uniones químicas en las reacciones catabólicas. La lleva a las reacciones anabólicas, que la requieren para la formación de nuevos enlaces químicos.

11. REACTIVOS PRODUCTOS transformación Metabolismo y Enzimas En las células, las transformaciones químicas son muy rápidas, ocurren en minutos o en segundos. Esto es posible debido a la presencia de las enzimas : moléculas proteicas que catalizan (aceleran) las reacciones bioquímicas y regulan el metabolismo.

12. Las enzimas: catalizadores biológicos • Son proteínas • Son específicas: se unen a un determinado Reactivo (Sustrato) • Actúan en bajas concentraciones • Se liberan si sufrir modificaciones • Son reutilizables • No modifican la Ei (de los reactivos) ni la Ef (de los productos) E + S  ES  EP  E + P

13. Especificidad Enzima-Sustrato Modelo Llave-Cerradura Enzima y sustrato poseen complementariedadgeométrica: sus estructuras encajan exactamente una en la otra. La región de la enzima donde se une el Sustrato se llama Sitio Activo. Modelo Encaje Inducido

14. La reacción catalizada es catabólica y exergónica La reacción catalizada es anabólica y endergónica Las enzimas: catalizadores biológicos

15. Enzimas y Energía de Activación La Energía de Activación (Ea) es la energía necesaria para que las moléculas de sustrato se reordenen y transformen en producto. Las enzimas no modifican la energía inicial o la energía final de una reacción. Sólo disminuyen la energía de activación. Las enzimas modifican la energía de activación haciendo que las reacciones resulten más rápidas. En ausencia de enzimas, la reacción sería extremadamente lenta, incompatible con la vida.

16. Clasificación de las Enzimas

17. CINÉTICA ENZIMÁTICA ENZIMAS MICHAELIANAS Curva hiperbólica SATURACIÓN: Cuando todos los sitios activos de las enzimas están ocupados por el sustrato. En ese momento la actividad enzimática alcanza la velocidad máxima. KM: concentración de sustrato a la que la enzima alcanza la mitad de la velocidad máxima. Indica la afinidad de la enzima por el sustrato.

18. Efecto del pH en la actividad enzimática El pH es una medida del grado de acidez. Cada enzima tiene un pH óptimo para su actividad. Dentro del mismo organismo pueden encontrarse diferentes valores de pH: en estómago pH=2, en plasma sanguíneo pH=7,4 etc.

19. Efecto de la temperatura en la actividad enzimática Las enzimas tienen una temperatura óptima. Esta es una condición que depende de la especie.

20. Coenzimas Las coenzimas son pequeñas moléculas orgánicas, que se unen a la enzima. Las coenzimas colaboran en la reacción enzimática recibiendo transitoriamente algún grupo químico: H+ , OH, CH3 . La enzima sin la coenzima recibe el nombre de APOENZIMA y es inactiva. Al unirse la COENZIMA, forman la HOLOENZIMA que es la forma activa. Cofactores • Sustancias diferentes, no proteicas, necesarias para la actividad enzimática. En general son iones como el Cu, K, Mn, Mg.

21. Inhibición Competitiva Una molécula ajena al organismo, con estructura similar a la del sustrato compite con éste por el sitio activo de la enzima Se une solo a la enzima libre V MAX no se altera y K M cambia Si aumenta la cantidad de SUSTRATO el inhibidor competitivo es desplazado y se forma producto. Algunos antibióticos son inhibidores competitivos de enzimas bacterianas

22. Inhibición No Competitiva Una molécula ajena se une a un lugar diferente del sitio activo la enzima Por acción del inhibidor disminuye la VMAX pero el valor de KM no se altera Cuando el inhibidor se une a la enzima, impide la formación de producto.

23. Inhibición Irreversible Se produce inactivación permanente de la enzima. El inhibidor se une a la enzima en forma permanente e irreversible. Se interfiere con el normal desarrollo de una reacción o vía metabólica

24. Regulación de Vías Metabólicas

25. Curva sigmoidea Poseen, además del Sitio Activo, Sitios Alostéricos a los que se unen moléculas Moduladoras. ENZIMAS ALOSTÉRICAS MODULADOR ALOSTERICO POSITIVO: Molécula que se une a la enzima y aumenta la afinidad de la enzima por el sustrato, acelera la reacción. MODULADOR ALOSTERICO NEGATIVO: Disminuye la afinidad de la enzima por el sustrato, la reacción se hace más lenta.

26. Los Moduladores modifican la afinidad de la Enzima por el Sustrato y, por lo tanto, la velocidad de la reacción. Curva con modulador negativo: la velocidad de la reacción es la más baja. Curva sin modulador: la velocidad de la reacción es media (estado basal). Curva con modulador positivo: la velocidad de la reacción es la más alta. Modulación Alostérica Con enzimas alostérica se pueden regular las velocidades de las reacciones metabólicas de acuerdo a las necesidades de las células.

27. E1 E2 E3 Sistemas Multienzimáticos El metabolismo presenta una gradualidad a través de las vías metabólicas Los puntos de control se encuentran en las enzimas alostéricas. El producto final de la Vía puede actuar como modulador negativo de la E1 cuando está en exceso. A su vez, un exceso del sustrato inicial puede actuar como modulador positivo de E1, activando la Vía. En una vía metabólica el producto de la actividad de una enzima es sustrato de la siguiente. Con lo cual, las reacciones están “encadenadas” y si una de las enzimas se inactiva o está modulada negativamente, toda la vía se ve afectada.

28. Modificación Covalente Una enzima puede ser activada o desactivada cuando otra enzima le agrega o le quita un grupo químico. Kinasa: enzima que cataliza la transferencia de un grupo fosfato desde un ATP a otra molécula. Fosfatasa: enzima que cataliza la remoción de un grupo fosfato en una molécula.

29. Isoenzimas Son enzimas que varían levemente en la secuencia de aminoácidos, pero que catalizan la misma reacción química en distintas partes del organismo o en etapas diferentes del desarrollo. Suelen tener diferentes valores de KM, o propiedades de regulación diferentes. La creatina quinasa (CK) es una enzima expresada por varios tejidos y tipos celulares. Cataliza la formación de fosfocreatina a partir de la fosforilación de una molécula de creatina (ácido orgánico nitrogenado). Existe en forma de tres isoenzimas

30. Regulación por Síntesis ó por Degradación El conjunto (set) de enzimas de una célula determina el metabolismo celular.