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Unidad 3
ENERGÍA
y
METABOLISMO
EL PRESENTE MATERIAL ES UNA SÍNTESIS QUE NO REEMPLAZA, SINO QUE
COMPLEMENTA, AL RESTO DE LOS MATERIALES
Qué es la energía?

Lo definimos como la
capacidad para realizar
un trabajo.
ENERGÍA
LUMÌMICA
ENERGÍA
EÓLICA
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
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SISTEMAS
LOS SERES VIVOS
SOMOS SISTEMAS
ABIERTOS
Un sistema
abierto
intercambia
materia y
energía
con el
entorno.
Materia
Sistema
Energía
Como la energía
no se crea ni se
destruye
permanece
constante en el
universo
Universo
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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).
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TRANSFORMACIONES
ENERGÉTICAS
Los
productores
transforman
energía
lumínica en
energía
química
CALOR
ENERGÍA
LUMÍNICA
FOTOSÍNTESIS
ENERGÍA
QUÍMICA
Cada
transformación
energética libera
energía en forma
de calor
SEGUNDA LEY DE LA
TERMODINÁMICA: El calor
(o entropía) del universo
siempre aumenta
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.
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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.
DIGESTIÓN
RESPIRACIÓN
CELULAR
ENZIMAS
CALOR
ATP
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
LOS PROCESOS METABÓLICOS PRODUCEN LA OXIDACIÓN DE COMPUESTOS DE
MANERA CONTROLADA. ESTE CONTROL SE LLEVA A CABO POR ENZIMAS.
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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
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Metabolismo
Seres Vivos
realizan
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
Intercambio de materia
y energía con el medio
ambiente
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ATP y Transporte de Energía
La molécula de ATP transporta energía en sus uniones entre grupos fosfato,
llamadas Uniones de Alta Energía.
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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.
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Metabolismo y Enzimas
REACTIVOS
PRODUCTOS
transformación
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.
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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
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Especificidad Enzima-Sustrato
Modelo Llave-Cerradura
Enzima y sustrato poseen
complementariedad geométrica: 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
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Las enzimas: catalizadores biológicos
La reacción
catalizada es
catabólica y
exergónica
La reacción
catalizada es
anabólica y
endergónica
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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.
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Clasificación de las Enzimas
ENZIMAS
SIMPLES
Solo proteína
CONJUGADAS
Parte proteica
unida a una parte
no proteica
Con un Ión
(Cofactor)
Con una Molécula
Orgánica
(Coenzima)
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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.
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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.
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Efecto de la temperatura en la
actividad enzimática
Las enzimas tienen una temperatura óptima.
Esta es una condición que depende de la especie.
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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 .
Cofactores

Sustancias
diferentes,
no
proteicas, necesarias para la
actividad enzimática. En general
son iones como el Cu, K, Mn,
Mg.
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.
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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
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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.
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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
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Regulación
de Vías
Metabólicas
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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.
Curva sigmoidea
Poseen, además del Sitio Activo,
Sitios Alostéricos a los que se
unen moléculas Moduladoras.
MODULADOR ALOSTERICO NEGATIVO:
Disminuye la afinidad de la enzima por el
sustrato, la reacción se hace más lenta.
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Modulación Alostérica
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.
Con enzimas alostérica se pueden regular las velocidades de las
reacciones metabólicas de acuerdo a las necesidades de las células.
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Sistemas Multienzimáticos
El metabolismo presenta una gradualidad a través de las vías metabólicas
E1
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.
E2
E3
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.
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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.
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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.
ISOENZIMA LOCALIZACIÓN
CKB
Cerebro
CKM
Músculos
CKMT
Mitocondrias
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
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Regulación por Síntesis ó
por Degradación
El conjunto (set) de enzimas de una célula determina el metabolismo celular.
REGULACIÓN
La síntesis de enzimas en los ribosomas
puede aumentar o disminuir según
las condiciones celulares.
Ante determinadas circunstancias
(ausencia de sustrato, de
cofactores, etc.)
las enzimas pueden ser degradadas.
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