ENERGIA ATP

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ENERGIAATP
2
ENERGIA

• Definición
• Constituyente básico del universo.
• Relación entre la materia y su energía
  equivalente.
• E mc2
• Energía total (E) Julios (kg m2/s2)
• Masa (m) kg
• Velocidad de la luz (c 3.0 x 10 elevado a la 8
  m/s)
• Capacidad para realizar trabajo
• ATP.

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ENERGIA

• Bioenergética ( termodinámica bioquímica)
• Estudio de los cambios de energía que acompañen
  a las reacciones bioquímicas.
• El cambio en la energía libre (Delta G) (Gibbs)
• Corresponde a la parte del cambio en la energía
  total de un sistema disponible para realizar
  trabajo (energía útil) (o potencial químico)
  (energía disponible para realizar un trabajo
  químico).
• Las reacciones solo son cinéticamente favorables
  cuando el sistema que experimenta el cambio
  dispone de energía suficiente.

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ENERGIATERMODINAMICA

• Los sistemas biológicos cumplen con las leyes
  generales de la termodinámica
• Primera ley la energia total de un sistema
  incluido su entorno permanece constante
  (transfiere o se transforma)
• Segunda ley la entropía total de un sistema
  completo debe aumentar cuando un proceso ocurre
  espontáneamente
• Tercera ley al acercarse la temperatura de un
  cristal sólido perfecto al cero absoluto (0 k) el
  desorden se aproxima a cero

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ENERGIA

• Primera ley de la termodinámica.
• La energía no puede crearse ni destruirse.
• Energía interna la cantidad total de energía de
  un sistema y su
  (entalpía) entorno debe ser la misma
  antes y después de producirse
  un proceso.
• Para cualquier proceso real o factible cambio de
  energía libre es negativo.
• El sistema tiene mas energía libre en el
  estado inicial que en el estado final.
• Delta G G final G inicial.

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ENERGIAPRIMERA LEY DE TERMODINAMICA

• Cambio de energía reacción procede de
  menor cero
  manera espontánea
  
  (negativa) con perdida de
  
  DeltaG lt 0 energía libre
  (Exorgonico)
• Cambio de energía libre prevalecen las
• es igual a cero condiciones de
• DeltaG 0 equilibrio y el
  proceso es Isorgonico (no se
  intercambia energía)
• Cambio de energía libre el proceso no es
  factible
• es positivo y es
  endorgonico
• DeltaG gt 0

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ENERGIA

• Segunda ley de la termodinámica
• Cambios espontáneos cuando se producen cambios
  físicos o químicos con liberación de energía
• Cambios no espontáneos cuando se requiere un
  aporte constante de energía para mantener un
  cambio
• Todos los procesos espontáneos se producen en
  dirección que incrementa el desorden total del
  universo ( un sistema y su entorno)
• La variación de entropía del universo es positiva
  para todos los procesos espontáneos

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ENERGIAREACCIONES ACOPLADAS

• Los procesos endorgonicos proceden mediante el
  acoplamiento con procesos exorgonicos
• En la practica un proceso endorgonico no puede
  existir independientemente si no que debe
  constituir un componente de un sistema
  exorgonico--endorgonico
• El cambio total es exorgonico

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ENERGIAMETABOLISMO

• Catabolismo
• las reacciones exergonicas
• Degradación u oxidación de las moléculas del
  combustible
• Se genera energía
• Anabolismo
• Reacciones de síntesis de moléculas complejas
• Reacciones endorgonicas, consume energía
• Metabolismo
• La suma de el anabolismo mas el catabolismo

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ENERGIAREACCIONES ACOPLADAS

• Formación de un intermediario
• mecanismo intrínsico para el control
  biológico de la velocidad de los procesos
• Control respiratorio proceso que evita
  quemar las moléculas de combustible fuera de
  control
• Síntesis de un compuesto de alta energía
  potencial en la reacción exorgonica e incorporar
  el nuevo compuesto en la reacción endorgonica
  (transferencia de energía libre)

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ENERGIA

• Para conservar los procesos vitales todos los
  organismos deben obtener suministros de energía
  libre a partir de su ambiente
• Organismos autótrofos
• procesos exorgonicos simples ( energía de
  la luz solar vegetales verdes),( reacción Fe2
  ----Fe3 e- ,en bacterias)
• Organismos heterótrofos
• energía libre al acoplar su metabolismo
  con la degradación de moléculas orgánicas
  complejas de su entorno (trifosfato de adenosina
  ATP )

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ENERGIATRIFOSFATO DE ADENOSINA (ATP)ESTRUCTURA

• Nucleótido formado por
• Adenina
• Ribosa
• Unidad trifosfato
• Los dos grupos fosfóriles terminales están unidos
  por enlaces fosfoanhidrido estables en
  condiciones intracelulares suaves
• Enzimas especificas para la hidrólisis del ATP de
  los enlaces fosfoanhidrido

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ENERGIAATP

• Es un intermediario en el flujo de energía desde
  las moléculas de alimento a las reacciones de
  biosíntesis del metabolismo
• Moneda de intercambio energético de los seres
  vivos

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ENERGIAHIDRÓLISIS DEL ATP

• proporciona de forma inmediata y directa la
  energía libre para impulsar una variedad inmensa
  de reacciones bioquímicas endorgonicas
• Transferencia de energía libre de los procesos
  exorgonicos hacia los endorgonicos
• Procesos
• Biosíntesis de macromoléculas
• Transporte activo de sustancias a través de las
  membranas celulares
• Trabajo mecánico contracción muscular
• Conducción eléctrica en el sistema nervioso

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ENERGIAATPPOTENCIAL DE TRANSFERENCIA DE GRUPO

• Tendencia del ATP a hidrolizarse
• ATP 4- H20 ADP3- Pi2-
  H
• Delta G -30,5 kJ/mol
• Fosfatos de baja energía
• Fosfatos de alta energía
• ATP los dos enlaces fosfoanhidrido se denominan
  con frecuencia de energía elevada
• Puede transportar grupos fosforilo desde
  compuestos de mayor energía a compuestos con
  menor energía

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ENERGIAENERGIA LIBRE DE ALGUNOS COMPUESTOS
BIOLOGICOS FOSFORILADOS
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ENERGIAATPHIDRÓLISIS EXORGONICA

• A valores de PH intracelular, el ATP lleva tres a
  cuatro cargas negativas que se repelen entre
  ellas ( la hidrólisis del ATP reduce la repulsión
  electrostática molécula metaestable)
• Hibridación de resonancia los productos de la
  hidrólisis del ATP son mas estables que el ATP (
  cuando un a molécula tiene dos o mas estructuras
  alternativas que solo se diferencian en la
  posición de los electrones)
• Los productos hidrolizados del ATP adenosin
  difosfato ( ADP ) y el fosfato inorgánico (Pi ),
  o bien el adenosin monofosfato ( AMP) y el
  pirofosfato (PPi), se solvatan con mas facilidad
  que el ATP

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ENERGIAFOSFATOS DE ENERGIAMONEDA ENERGETICA DE
LA CELULA

• El ATP tiene la capacidad de actuar como donador
  de fosfatos de alta energía
• El ADP puede aceptar fosfato de alta energía para
  formar ATP
• Los procesos generadores de fosfato de alta
  energía se conectan con los procesos utilizadores
  de fosfato de alta energía (ciclo ATP/ADP)
• El ATP se consume y regenera continuamente

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ENERGIAFOSFATOS DE ALTA ENERGIA

• Fuentes principales que toman parte en la
  conservación de la energía (captura de energía).
• Fosforilación oxidativa.
• Fuente cuantitativamente mas grande de fosfato en
  organismos aerobios.
• La energía libre proviene de la oxidación en la
  cadena respiratoria utilizando O2 molécular en el
  interior de las mitocondrias.
• Glucólisis.- (síntesis de ATP a partir de un
  sustrato)
• Requiere de compuesto mas energético que el.
• De la formación del lactato a partir de una
  molécula de glucosa resulta la formación neta de
  2 enlaces fosfato de alta energía.
• Ciclo del ácido cítrico.
• En el paso de la succinil tiocinasa se genera en
  forma directa un enlace de fosfato de alta
  energía.

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ENERGIAFOSFATOS DE ALTA ENERGIA PRODUCCION EN
CELULAS AEROBICAS

• Fosforilación oxidativa.
• La estructura y funcionamiento complejo de las
  células eucariotas se mantienen gracias a las
  cantidades extraordinariamente elevadas de ATP
  que pueden generar (mitocondria) (recuperación
  celular).
• Por la habilidad para utilizar el O2 como aceptor
  terminal de los electrones que se extraen de las
  moléculas combustibles.
• El O2 se encuentra en todas partes de la
  superficie terrestre.
• El O2 difunde a través de membranas celulares.
• El O2 es muy reactivo.
• La cantidad de ATP integrado depende del aporte
  de O2 y necesidad de la célula.

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ENERGIAMITOCONDRIA

• METABOLISMO AEROBIO
• Mecanismo mediante el cual la energía del
  enlace químico de las moléculas del alimento se
  captura y se utiliza para impulsar la síntesis
  dependiente de oxigeno de la adenosina trifosfato
  (ATP)(RESPIRACION CELULAR)

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ENERGIALA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO
(CADENA RESPIRATORIA)
COMPONENTES

• Membrana mitocondrial interna.
• Cuatro complejos
• El complejo I (complejo NADH deshidrogenosa).
• El complejo II (complejo succinato
  deshidrogenosa).
• El complejo III (complejo citocromo bc).
• El complejo IV (citocromo oxidasa).

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ENERGIALA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO
(CADENA RESPIRATORIA)

• El complejo I (complejo NADH deshidrogenasa).
• Cataliza la transferencia de electrones desde el
  NADH a la UQ (ubiquinosa)
• Complejo proteico mas grande de la membrana
  interna.
• Contiene 1.-
  varios centros de hierro azufre.
• 2.- 1 molécula de FMN.
• El transporte electrónico va acompañado por el
  movimiento de protones desde la matriz a través
  de la membrana interna al interior del espacio
  intermembrana.

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ENERGIALA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICOEL
COMPLEJO III (SUCCINATO DESHIDROGENASA)

• Componentes
• Enzima succinatodeshidrogenasa
• 2 proteínas hierro-azufre
• FAD unido covalentemente
• Cataliza la transferencia de electrones desde el
  succinato a la UQ
• Otras transferencias de electrones
• La glicerol-3-fosfato deshidrogenasa
• La acetil-CoA deshidrogenasa

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ENERGIALA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICOEL
COMPLEJO III( CITOCROMO bc 1)

• Transfiere los electrones desde la coenzima Q
  reducido ( UQH2) al citocromo c
• Contiene
• Dos citocromos b
• Un citocromo c1
• Centro hierro azufre
• Los electrones se transfieren de uno en uno y se
  reduce en forma reversible un átomo de hierro
  oxidado ( Fe 3) a Fe 2
• En el lado citoplasmático de la membrana se
  liberan 4 protones

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ENERGIALA CADENA DE TRANSPORTE
ELECTRONICOCOMPLEJO IV ( CITOCROMO OXIDASA)

• Complejo proteico que cataliza la reducción de
  cuatro electrones del 02 para formar H20
• Contiene
• Subunidades ( 6 y 13)
• 2 átomos de cobre
• Los átomos de hierro del hemo de los citocromos a
  y a3
• El átomo de hierro del cita3 esta asociado a un
  átomo de cobre denominado CUB
• El citocromo c transfiere los electrones de uno a
  uno al cit a y CUA, los electrones se ceden a
  cit a3 y CUB
• 2 moléculas de H20

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ENERGIAFOSFORILACION OXIDATIVA

• El proceso por el que la energía generada por la
  cadena de transporte electrónico se conserva
  mediante la fosforilación del ADP para dar ATP

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ENERGIA FOSFORILACION OXIDATIVATEORIA
QUIMIOSTATICA DE ACOPLAMIENTO
(MODELO DE MITCHELL)

• La energía libre que se libera en el transporte
  electrónico y la síntesis de ATP se acopla por la
  fuerza protón - motriz creada por la CTE (
  las reacciones químicas pueden acoplarse a los
  gradientes osmóticos)
• Generación de un gradiente electroquímico (
  fuerza protón-motriz) a través de la membrana
  interna
• Los protones en exceso en el espacio
  intermembrana pueden pasar solo a través de
  canales especiales( se produce el flujo
  termodinámicamente favorable a través de un canal
  que contiene actividad ATP sintasa ( síntesis de
  ATP)

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ENERGIACADENA RESPIRATORIAEL NADH COMO AGENTE
REDUCTOR
30
ENERGIALA CADENA RESPIRATORIAEL FADH2 COMO
AGENTE REDUCTOR
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ENERGIAFOSFORILACION OXIDATIVAGRADIENTE DE
PROTONES QUE GENERAN LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE
ELECTRONICO

• El ATP se sintetiza al fluir los protones a
  través de la ATP sintasa
• Se utiliza la perdida regulada de los protones
  para impulsar varias clases de trabajo

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ENERGIASINTESIS DE ATP

• ATP sintasa ( complejo v)
• estructuras localizadas en la
  superficie interna de la membrana interna
• Componentes principales
• La unidad F1 ( la ATPasa activa)
• cinco subunidades diferentes
• responsable de la síntesis de ATP
• actividad catalítica
• La unidad Fo ( canal de transmembrana para los
  protones)
• posee tres subunidades presentes

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ENERGIASINTESIS DE ATPATP SINTASA

• Se requiere para la translocacion de 3 protones a
  través de la ATP sintasa para sintetizar cada
  molécula de ATP
• Se requiere la transferencia de otro protón para
  el transporte de ATP y OH- fuera de la matriz
  intercambiados por ADP y Pi
• El efecto de la fuerza protón- motriz es inducir
  un giro de tres pasos de 120 de cada una de las
  unidades Fo

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ENERGIA

• Se requieren cuatro protones para la síntesis de
  cada molécula de ATP
• 3 para impulsar el rotor de la ATP sintasa
• 1 para impulsar el transporte hacia adentro del
  fosfato
• El numero de moléculas de ATP que se sintetizan
  por cada molécula con poder reductivo
• NADH 2.5 moléculas de ATP
• FADH 1.5 moléculas de ATP

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ENERGIALA DEPENDENCIA ENTRE LOS PROCESOS CTE Y
DE SINTESIS DE ATP
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ENERGIACONTROL DE LA FOSFORILACION OXIDATIVA

• Permite a la célula producir solo la cantidad de
  ATP que se requiere de inmediato para mantener
  sus actividades
• El transporte electrónico y la síntesis de ATP
  están estrechamente acoplados
• Control de la fosforilación oxidativa por la
  concentración de ATP las mitocondrias solo
  pueden oxidar el NADH y el FADH2 cuando hay una
  concentración suficiente de ADP y Pi
• Control respiratorio control de la respiración
  aeróbica por ADP
• La formación de ATP parece estar fuertemente
  relacionada con el cociente de acción de masas
  del ATP
• ATP ( ATP / ADP Pi

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ENERGIACANTIDADES DE ATP Y ADP DENTRO DE LAS
MITOCONDRIAS

• Controladada
• Proteínas de transporte de membrana
  interna
• Translocalizador ADP-ATP ( antiporte ADP/ATP),
  (nucleótido translocasa o ATP translocasa)
• proteína responsable del intercambio 11
  de ATP intramitocondrial por ADP producido en el
  citoplasma
• Translocasa de fosfato
• el transporte de H2PO4- junto con un
  protón se producen por simporte H2PO4-/H

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ENERGIALOS SISTEMAS DE TRANSPORTE EN LA MEMBRANA
INTERNA DE LA MITOCONDRIA RELACIONADOS CON LA
FOSFORILACION OXIDATIVA
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ENERGIAAGENTES QUE PUEDEN ALTERAR LA SINTESIS DE
ATP ASOCIADOS A LA CADENA RESPIRATORIA

• Desacoplantes
• Inhibidores del transporte de electrones
• Inhibidores de la ATP-sintasa
• Inhibidores de ATP- translocasa

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ENERGIA ALTERAN LA SINTESIS DE ATPDESACOPLANTES

• Evitan el acople entre el transporte de
  electrones y la fosforilación de ADP para
  sintetizar el ATP
• Valinomicina
• 2,4 dinitrofenol
• Termogenina o proteína desacoplante
• granidicina

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ENERGIAALTERAN LA SINTESIS DE ATPINHIBIDORES
DEL TRANSPORTE DE ELECTRONES

1. Antimicina
2. Rotenoina
3. Barbitúricos
4. Cianuro ( ácido cianhídrico HCN )
5. Monóxido de carbono

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ENERGIAALTERAN LA SINTESIS DE ATP

• Los inhibidores de la ATP-sintasa
• Oligomicina
• Los inhibidores de nucleótido translocasa
• atractosilo

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ENERGIAATPFOSFAGENOS

• Actúan como formas de almacenamiento de fosfato
  de alta energía
• Fosfato de creatina ( músculo esquelético,
  corazón , espermatozoides, cerebro
• Fosfato de arginina ( músculos invertebrados)
• Fuente pronta de energía en las contracciones
  musculares
• Razón ATP/ADP ALTA aumenta su concentración,
  almacen de fosfato de alta energía

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ENERGIARESUMEN DE LA SINTESIS DE ATP A PARTIR DE
LA OXIDACION DE UNA MOLECULA DE GLUCOSA