BIOENERGETICA MITOCONDRIAL

HIPOTESIS QUIMIOSMOTICA Y POTENCIAL ELECTROQUIMICO DE PROTON

La teoría sugiere esencialmente que la mayor parte de la síntesis de ATP en la respiración celular, viene de un gradiente electroquímico existente entre la membrana interna y el espacio intermembrana de la mitocondria, mediante el uso de la energía de NADH y FADH2 que se han formado por la ruptura de moléculas ricas en energía, como la glucosa.

quimiosmosis en una mitocondria

Las moléculas como la glucosa, son metabolizadas para producir Acetil-CoA como un intermediario rico en energía. La oxidación de Acetil-CoA en la matriz mitocondrial está acoplada a la reducción de una molécula transportadora como NAD+ y FAD.2

Los transportadores traspasan electrones a la cadena transportadora de electrones en la membrana mitocondrial interna, que luego los traspasan a otras proteínas en la cadena transportadora. La energía disponible en los electrones se usa para bombear protones desde la matriz, a través de la membrana mitocondrial interna, guardando energía en forma de un gradiente electroquímico transmembrana. Los protones se devuelven a través de la membrana interna, mediante la enzima ATP-sintasa. El flujo de protones de vuelta a la matriz mitocondrial mediante la ATP-sintasa, provee de suficiente energía para que el ADP se combine con Fósforo inorgánico para formar ATP. Los electrones y protones en la última bomba proteica de la cadena transportadora son llevados al Oxígeno (O2) para formar Agua (H2O).

El acoplamiento quimiosmótico es importante en la producción de ATP en el cloroplasto y muchos tipos de bacteria.

La fuerza Protón-Motriz

En la mayoría de los casos, la FPM es generada por una cadena transportadora de electrones, que actúa como una bomba de electrones tanto como una de protones, bombeando electrones en direcciones opuestas, creando una separación de carga. En la mitocondria, la liberación de energía libre desde la cadena transportadora de electrones, es utilizada para mover protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana de la mitocondria. Mover los protones a las partes externas crea una concentraciones levemente alta de partículas cargadas positivamente, dando por resultado un lado más positivo y un lado más negativo (El gradiente eléctrico generado es de aproximadamente -200 mV (matriz negativa) )

Ésta diferencia de carga da como resultado un gradiente electroquímico. Éste gradiente se compone tanto del gradiente de pH y del gradiente eléctrico. El gradiente de pH corresponde a la diferencia en la concentración del ión H+. Juntos, el gradiente electroquímico de protones corresponde tanto a la concentración como a la diferencia de carga que se pueda generar, se denomina Fuerza Protón-Motriz (FPM).

En la mitocondria, la FPM se crea mayoritariamente por el componente eléctrico, mientras que en los cloroplastos, la FPM es prácticamente creada por el gradiente de pH. En cualquiera de los casos, la FPM necesita ser de 50 kJ/mol aproximadamente para que la ATP-sintasa sea capaz de producir ATP.

INHIBIDORES Y DESACOPLANTES


La energía química útil para la realización de las actividades celulares esta asociada al metabolismo del ATP, se

desprende de su hidrólisis y se genera a partir del metabolismo oxidativo (NADH) para la refosforilación del ADP hasta ATP.



Los efectos de los xenobióticos sobre estos procesos mitocondriales (T. E. y F. O.) se pueden comparar con los

manifestados por otros agentes ya estudiados, clasificados en inhibidores o desacoplantes. En general los XBs se comportan

produciendo interferencias en la membrana interna mitocondrial, interrumpiendo el paso de los e-, el gradiente de H+ o la

actuación de la ATP-sintasa.



En un sentido muy amplio, los compuestos químicos que interfieren con la síntesis de ATP mitocondrial se pueden asociar

en cuatro grupos, según se recoge en el siguiente esquema:



I.- Inhibidores del metabolismo oxidativo.

II.- Inhibidores del transporte electrónico.

III.- Inhibidores de la liberación de O2 a la C.T.E.M.

IV.- Inhibidores de la fosforilación oxidativa.



I.- Inhibición en la liberación de [H] a la cadena de transporte electrónico mitocondrial (CTEM)

* Glucolisis: hipoglucemia, yodoacetato crítico en neuronas

* B-oxidación: ácido 4-pentenoico crítico en músculo cardiaco

* Piruvato Deshidrogenasa: arsenito, DCl-VinilCYS, p-benzoquinona

** aconitasa fluoroacetato, NO



II.- Inhibición el transporte electrónico.

* Inhibidores de los complejos del TE :

*** I.- NADH-CoEQ reductasa: rotenona, amital, MetPhPiridinium(DPP+)

*** II.- succinato DesH: malonato, DCVC, PentaCl-ButDien-cys, 2Br-hidroquinona

*** II.- Coenzima Q-Cit c reductasa: antimicina A, mixotiazol, PCBs

*** III.- Citocromo c oxidasa: CN-, SH, azida, fórmico

*** IV.- Inhibidores múltiples: dinitro-anilina, herbicidas difenil-eter, NO, PCBs

* Aceptores de electrones: CCl4, doxorrubicina, menadiona, DPP+



III.- Inhibición de la liberación de O2 a la CTEM.

* Agentes que provocan parálisis respiratoria: convulsivos, depresores del CNS

* Agentes que causan isquemia: alcaloides, cocaina

* Agentes que inhiben la oxigenación de la Hb: CO, agentes oxidantes que forman meta Hb(Fe3+)



IV.- Inhibición de la fosforilación del ADP , se puede producir al nivel de:

1 ATP sintasa: oligomicina, DDT, clordecone

2 Transportador ADP/ATP (antiporte): atractilosido, DDT, Ac Grasos, lisopospolípidos

3 Transportador de fosfato: N-etil maleimida, p-benzoquinona

4 Agentes desacoplantes del potencial de membrana:

* * Ionóforos: penta-Cl-fenol, dinitro-fenol, benzo-nitrilo, salicilato,

valinomicina, gramicidina

* * Agentes permebealizantes de la membrana interna mitocondrial:

pentaCl-butadienil-CYS, clordecone.



El daño sobre la fosforilación oxidativa que impide la refosforilación del ADP, produce la acumulación del ADP y

de los productos de su hidrólisis, a la vez que una disminución en los niveles de ATP. Hepatocitos en cultivo expuestos a

KCN y yodoacetato exhiben un rápido aumento de H+ y Mg+2 citosólicos, como resultado de la hidrólisis de las sales de

ADP y AMP con Mg+2, al igual que la salida al medio de Pi y Mg+2. La caída en los niveles de ATP comprometen todas las

operaciones que dependen de él. La pérdida de iones influye sobre el volumen celular, disminuyéndolo.


 MEDICIÓN DEL CONSUMO DE OXÍGENO

Respirómetros a presión constante

El principio de funcionamiento de los respirómetros a presión constante se basa en la fijación en medio acuoso alcalino del CO2 liberado por los organismos, y la consecuente disminución del volumen gaseoso de la cámara donde aquel se encuentra, debido al consumo del O2. Estos respirómetros funcionan a presión constante, pues continuamente se nivela la presión interna con la presión externa, a través de un líquido cuyo desplazamiento sobre una pipeta graduada, de disposición horizontal, equivale al volumen de oxígeno consumido.


GENOMA MITOCONDRIAL Y ENFERMEDADES RELACIONADAS

El Genoma mitocondrial, también llamado ADN mitocondrial, es el material genético de las mitocondrias, los orgánulos que generan energía para la célula. El ADN mitocondrial se reproduce por sí mismo semi-autónomamente cuando la célula eucariotase divide. El ADN mitocondrial fue descubierto por Margit M. K. Nass y Sylvan Nass utilizando microscopia electronica y un marcador sensitivo al ADN mitocondrial. Evolutivamente el ADN mitocondrial y el ADN nuclear descienden de genomas circulares pertenecientes a bacterias, que fueron englobadas por un antiguo ancestro de las células eucarióticas.

Este ADN, al igual que los ADN bacterianos, es una molécula bicatenaria, circular, cerrada, sin extremos. En los seres humanos tiene un tamaño de 16.569 pares de bases, conteniendo un pequeño número de genes, distribuidos entre la cadena H y la cadena L. Cada mitocondria contiene entre 2 y 10 copias de la molécula de ADN. En él están codificados dos ARN ribosómicos, 22 ARN de transferencia y 13 proteínas que participan en la fosforilación oxidativa.

Estos genes mitocondriales son:

genes de ARNts

genes de ARNrs

genes de ARNms, codificando para diversas proteínas

El número de genes en el ADN mitocondrial es de 37, frente a los 20.000 - 25.000 genes del ADN cromosómico nuclear humano.

Otra característica importante del ADN mitocondrial es que no se recombina. Ello implica que los únicos cambios que haya podido haber en el ADN mitocondrial se deben exclusivamente a mutaciones a lo largo de multitud de generaciones. Los cálculos estadísticos que se han realizado informan que, en los mamíferos y en concreto en el hombre, cada 10.000 años aproximadamente surge una mutación en una de las bases del ADN mitocondrial (esto no es del todo cierto, aunque sí lo es para el fragmento que más mutaciones sufre, que consta de unos 500 pares de bases). Es decir, la diferencia entre una mujer que hubiera nacido hace 40.000 años y un descendiente directo por vía materna que viviera en la actualidad sería por término medio de 4 bases. De hecho, un estudio realizado en los ADN mitocondriales de los europeos (Bryan Sykes) asegura que todos los europeos provienen de siete mujeres, las siete hijas de Eva. La más antigua habría vivido hace 45.000 años y la más moderna hace unos 15.000 años. La Eva mitocondrial, la antepasada común más moderna de todos los seres humanos que hay en el mundo, se remontaría de este modo a unos 150.000 años.



Tradicionalmente se ha considerado que el ADN mitocondrial se hereda solo por vía materna. Según esta concepción, cuando un espermatozoide fecunda un óvulo penetra el núcleo con su ADN pero deja afuera su cola y citoplasma, donde están las mitocondrias. Por lo tanto, en el desarrollo del cigoto sólo intervendrían las mitocondrias contenidas en el óvulo. Sin embargo, se ha demostrado que las mitocondrias del espermatozoide pueden ingresar al óvulo. Según algunos autores el ADN mitocondrial del padre puede perdurar en algunos tejidos, como los músculos. Según otros, no llega a heredarse al ser marcadas por ubiquitinación y degradadas.



El ADN mitocondrial puede ser usado para identificar individuos junto con otra evidencia. También es usado por laboratorios forenses para identificar viejas muestras de esqueleto humano. Distinto que el ADN nuclear, el ADN mitocondrial no sirve para identificar individuos, pero si para identificar grupos de individuos, es usado entonces para aceptar o rechazar comparaciones entre personas perdidas y restos no identificados.



Las enfermedades mitocondriales son resultado de la falla de las mitocondrias, los compartimentos especializados presentes en cada célula del cuerpo, con excepción de los glóbulos rojos de la sangre. Las mitocondrias son las responsables de la creación de más del 90% de la energía que el cuerpo necesita para mantener la vida y apoyar el crecimiento. Cuando fallan, se genera cada vez menos energía al interior de la célula. Puede entonces presentarse lesión celular o incluso la muerte de la célula. Si este proceso se repite en todo el cuerpo, los sistemas completos comienzan a fallar y la vida de la persona que lo sufre, está en grave riesgo. Esta enfermedad afecta principalmente a los niños, pero los brotes en adultos se están volviendo más y más comunes.

ENFERMEDADES MITOCONDRIALES:

Las enfermedades de las mitocondrias parecen ocasionar el mayor daño a las células del cerebro, del corazón, del hígado, músculo esqueléticas, del riñón así como a los sistemas endocrino y respiratorio.

Dependiendo de qué células resulten afectadas, los síntomas pueden incluir pérdida de control motor, debilidad muscular y dolor; desórdenes gastrointestinales y dificultades para deglutir; crecimiento deficiente, enfermedades cardiacas, del hígado, diabetes, complicaciones respiratorias, convulsiones, problemas visuales y auditivos, acidosis láctica, retrasos en el desarrollo y susceptibilidad a contraer infecciones.

No hay una característica única para identificar una enfermedad mitocondrial. Los pacientes presentan varios problemas que pueden surgir desde el nacimiento hasta en la edad adulta madura. Piense en las mitocondrias cuando:

• Una “enfermedad común” presente características atípicas que la distingan del resto.

• Haya tres o más órganos involucrados

• Se presenten recaídas recurrentes, o cuando ocurran brotes de infección en una enfermedad crónica.

Las enfermedades mitocondriales o citopatías, deberán considerarse como posibles en diagnósticos diferenciales, cuando aparezcan estas características inexplicables, especialmente cuando ocurran en combinación con:

Síntomas:

• Encefalopatía

o Convulciones

o Retraso en el Desarrollo o Regresión (incluyendo demencia temprana o episodios tardíos)

o Mioclono

o Desórdenes de Movimiento (distonia, disquinesias, corea, etc.)

o Migraña Complicada

o Infartos

• Neuropatía

• Defectos en los Conductos Cardiacos

o Cardiomiopatías

• Deficiencias en la Audición

• Estatura corta

• Desórdenes de Músculos Extraoculares

o tosis

o estrabismo adquirido

o oftalmoplegia

• Diabetes

• Enfermedad Renal Tubular

• Pérdida de la Visión

o retinitis pigmentosa

o atrofia óptica

• Acidosis láctica

REACCIONES OXIDO REDOX

OXIDACION Y REDUCCION

Un gran número de reacciones químicas transcurre con la pérdida formal de electrones de un átomo y la ganancia de ellos por otro. La ganancia de electrones recibe el nombre de reducción y la pérdida de electrones oxidación. El proceso global se denomina oxido-reducción o reacción redox. La especie que suministra electrones es el agente reductor (especie que se oxida) y la que los gana es el agente oxidante (especie que se reduce). Estos hechos muestran que las reacciones redox se asemejan a las ácido-base según la definición de Brönsted, pero en lugar de transferirse protones desde un ácido a una base, en el caso de la oxido-reducción se transfieren electrones desde el agente reductor al oxidante.

Una reacción redox se puede considerar como la suma de dos semirreacciones:

2H+ (ac) + 2e- → H2 (g) Semirreacción de reducción

Zn(s) → Zn2+ (ac) + 2e- Semirreacción de oxidación

Zn(s) + 2H+ (ac) → H2 (g) + Zn2+ (ac) Reacción redox

Esta separación es conceptual y no corresponde a una separación real de los dos procesos. Las especies oxidadas y reducidas de una semirreacción forman un par redox. El par se escribe colocando en primer lugar la especie oxidada y, a continuación, la especie reducida: H+/H2 y Zn2+/Zn. (1).

Las oxidaciones biológicas son catalizadas por enzimas, siendo una proteína enzimática particular la encargada en casi todos los casos de una reacción particular. Los cofactores (iones simples) o las coenzimas(substancias orgánicas no proteicas) son elementos accesorios que usualmente actúan como transportadoras de los productos de la reacción .

Potenciales normales de reducción
Cada semirreacción contribuye con cierto valor de ΔG° a la energía libre total, siendo ésta la suma de las energías libres normales de las dos semirreacciones. La reacción global será favorable en el sentido en el que ΔG°total < 0.

Como las semirreacciones se deben producir por parejas, se puede tomar una semirreacción como referencia y darle el valor de DG° = 0, en condiciones estándar. La semirreacción que se elige es la siguiente:

2H+ (ac) + 2e- → H2 (g) ΔGº = 0

Con este convenio resulta que el valor de DG° correspondiente a la reducción del Zn2+/Zn debe tener el mismo valor que el de la reacción del Zn2+ con hidrógeno:

H2 (g) + Zn2+ (ac) → Zn(s) + 2H+ (ac) ΔGº = 147 kJ

Zn2+ (ac) + 2e- → Zn(s) ΔGº = 147 kJ

                                               igura 1. Pila galvánica.

Las energías libres normales se pueden obtener empleando una pila galvánica (Figura 1), en la que la reacción que impulsa la corriente de electrones por el circuito es la de interés. Así, midiendo la diferencia de potencial entre los electrodos se puede acceder al valor de la energía libre usando la siguiente expresión:

ΔG° = - nFE°

Las medidas se deben realizar en condiciones estándar, que son 1 atm de presión, 25 °C y una concentración 1 M. Como DG° es cero para el par H+/H2, su potencial estándar E° = 0. De esta manera, es posible medir el potencial de cualquier otro par redox, como por ejemplo el del par Zn2+/Zn. El potencial normal de una pila para la reacción global de una pila formada por un electrodo de H2 y el de Zn(s) será:

2H+ (ac) + 2e- → H2 (g) Eº = 0 V

Zn(s) → Zn2+ (ac) + 2e- Eº = 0.761 V

Zn(s) + 2H+ (ac) → H2 (g) + Zn2+ (ac) Eºpila = 0.761 V

Y, por lo tanto, E°(Zn2+/Zn) = -0.761 V y DG°(Zn2+/Zn) = +147 kJ.

Si se analiza de nuevo la reacción entre H+ y el Zn se observa que el potencial de la pila es E° > 0, lo que implica que DG°pila < 0, por lo tanto, el Zn tenderá a reducir a los H+ para dar lugar a H2(g), en condiciones normales.

La Serie Electroquímica

Un potencial normal negativo, E° < 0, denota que la especie reducida del par es capaz de reducir a los iones H+ en disolución acuosa en condiciones estándar, y producir H2. Los valores de E° a 25 °C aparecen en las Tablas de Potenciales redox. La secuencia de dicha lista sigue el orden de la serie electroquímica. En aquellos pares redox con E° muy positivo, la especie oxidada se comporta como un oxidante muy fuerte. En aquellos pares con E° muy negativo, la especie reducida actúa como un reductor muy fuerte.

Una información muy importante que se extrae de la serie electroquímica se encuentra en el hecho de que la especie reducida de un par puede reducir a la forma oxidada de cualquier par que se encuentre por encima de él en la serie. Esta posibilidad es siempre termodinámica, y no asegura que la reacción se de en una extensión aceptable pues puede ser lenta desde el punto de vista cinético.

RADICALES LIBRES

Los átomos se estabilizan cuando sus capas están saturadas de electrones. Las capas electrónicas están saturad de electrones. Las capas electrónicas poseen orbitales, cada uno de los cuales no puede tener más de dos electrones .Los átomos o las moléculas que poseen órbitas con un solo electrón no apareado tienden a ser muy inestables – se conocen como radicales libres.


Los radicales libres pueden formarse cuando se forman los enlaces covalentes, de tal forma que cada porción se queda con una mitad de los electrones compartidos; también se genera cuando un átomo o molécula acepte un solo electrón transferido durante una reacción de oxido reducción.

Por ejemplo, el agua puede convertirse en radicales libres cuando se expone a la radiación solar

Los radicales libres son en extremo reactivos y pueden alterar de manera química muchos tipos de moléculas, entre ellas proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. La formación de radicales hidroxilo tal vez sea una de las razones principales de que la luz solar sea tan nociva para la piel.

El peróxido de hidrógeno es una sustancia oxidante muy reactiva que forma radicales superóxido se forman dentro de las células durante el metabolismo oxidativo normal y que una dismutasa de superóxido está presente en las células de diferentes organismos, desde las bacterias hasta los seres humanos.

A pesar de que no se discute el gran poder destructivo de los radicales libres como el superoxido y los radicales hidroxilo , la importancia de estos agentes como un factor en el envejecimiento es motivo de controversia. La hipótesis de Harman referente a los radicales libres y el envejecimiento tiene algunas predicciones. Por ejemplo seria previsible que los animales con gran longevidad generen pocos radicales libres , posean gran capacidad para eliminar los radicales libres o tengan una capacidad superior para reparar los daños celulares infligidos por los radicales libres




BIBLIOGRAFIA

1.- http://www.textoscientificos.com/quimica/inorganica/redox

ATP

 ATP COMO FUENTE DE ENERGIA LIBRE EN LOS SISTEMAS BIOLOGICOS


Es de gran importancia en los procesos biológicos el cometido fundamental que desempeñan los cambios de energía libre para determinar las direcciones favorables de las reacciones químicas, puesto que globalmente, toda ruta metabólica debe ser un proceso favorable termodinámicamente.

Con frecuencia una reacción o proceso determinado necesario para la vida en sí mismo es endergónico (como el transporte a través de la membrana), que poseen grandes variaciones de energía libre positiva . Estas reacciones intrínsecamente desfavorables pueden hacerse favorables termodinámicamente acoplándolas a reacciones muy favorecidas, suponiendo que una reacción exergónica forma parte del mismo proceso en que se encuentra la reacción endergónica .
Como en el siguiente ejemplo :
A <----------> B ∆Gº = +10KJ/mol proceso endergónico
C <--------> D ∆Gº = -30 KJ/ mol proceso exergónico

Sí la célula es capaz de acoplar estas dos reacciones, el valor de la energía libre para estas dos reacciones será la suma algebraica de los valores individuales

A <----------> B ∆Gº = +10KJ/mol
C <--------> D ∆Gº = -30 KJ/ mol
A + C  <------> B + D ∆Gº = -20kJ/mol  reacciones acopladas

El acoplamiento de reacciones o procesos endergónico con reacciones exergónicas es uno de los principios más importantes de los procesos biológicos. El acoplamiento de procesos muy favorecidos con procesos desfavorecidos se utiliza no solo para impulsar innumerables reacciones, sino también para transportar sustancias a través de la membrana, transmitir impulsos nerviosos, contraer los músculos, y llevar acabo otras transformaciones físicas .

El impulso de procesos mediante acoplamiento es tan frecuente que debe implicar que la célula contiene diversos compuestos que pueden experimentar reacciones con cambios de energía negativos grandes, estas sustancias pueden considerarse como lanzaderas de energía libre en la célula. Los más importantes de estos compuestos de energía elevada son determinados fosfatos, que pueden experimentar una reacción hidrolítica de sus grupos fosfato en disolución acuosa

ESTRUCTURA DEL ATP : INESTABILIDAD Y FORMACION DE HIBRIDOS DE RESONANCIA
El ion ortofosfato, que frecuentemente se abrevia con la expresión Pi (fosfato inorgánico), es capaz de adoptar una amplia gama de formas de resonancia. Tanto el protón ligado como el oxígeno que lo fija han de considerarse deslocalizados, por lo que es más adecuada escribir la estructura que se muestra en la siguiente figura.

figura 1 :estabilizacion por resonancia del ion ortofosfato

Estas formas múltiples, que son de una energía igual, contribuyen a la entropía elevada de una estructura de resonancia de este tipo, no todas estas formas son posibles cuando el fosfato está unido a un éster. Por consiguiente, la liberación del ortofosfato da lugar a un aumento de la entropía del sistema. Y está, por tanto, favorecida. La estabilización de resonancia se da en todas las reacciones de hidrólisis de fosfato

POTENCIALES DE TRANSFERENCIA DE FOSFATO
Existe otra forma útil de entender los valores de ∆Gº para diversos compuestos fosfato de alta energía , como se muestra en la figura 2.

                                     figura 2 energia de potenciales fosfato
estos valores forman una escala de potenciales de transferencia fosfato , el potencial se define como; simplemente  el valor -∆Gº de la hidrólisis . cada compuesto impulsa la fosforilación de los compuestos situados en un lugar más bajo de la escala, siempre que se disponga de un mecanismo de acoplamiento adecuado

HIDRÓLISIS DE ATP Y ENERGIA LIBRE

En la hidrólisis del fosfoenolpiruvato, el bifosfoglicerato , el adenosina trifosfato y el pirofosfato, los dos productos de la hidrólisis llevan una carga negativa.

La repulsión entre estos productos iónicos favorece intensamente la reacción de hidrólisis

La hidrólisis se ve favorecida a veces no sólo por la estabilización de la resonancia del ortofosfato sino también por la capacidad del otro producto para adoptar más formas moleculares, lo cual contribuye a la hidrólisis del del fosfoenolpiruvato ya que el piruvato puede tautomerizarse

figura 3 hidrolisis del ATP y la energia que liberan

HIDRÓLISIS DE ATP ACOPLADA A LAS REACCIONES BIOQUIMICAS NO ESPONTANEAS

Por ejemplo considerando las siguientes reaccione siguientes y los valores que se muestran en la figura 3

(1) Hidrólisis del PEP PEP piruvato +Pi ∆Gº= -62 kJ/mol
(2) Fosforilación de adenosina de fosfato ADP + Pi ATP ∆Gº= +31kJ/mol
(1)+(2) fosforilación acoplada del ADP por PEP PEP+ADP piruvato + ATP ∆Gº=-31kJ/mol

Así pues el fosfoenolpiruvato, que posee un potencial de transferencia de fosfato muy alto, de 62 kJ/mol, es capaz de añadir un grupo fosfato al ADP en una proceso favorecido termodinámicamente. El ATP puede pasar este fosfato a la glucosa, ya que el potencial de transferencia fosfato de la glucosa-6-fosfato está todavía mucho más abajo en la escala

(1) Hidrólisis del ATP ATP ADP + Pi ∆Gº= -31 kJ/mol
(2) Fosfoliracion de la glucosa glu+ Pi Glu-6P ∆Gº= +14kJ/mol
(1)+(2) fosforilación acoplada a la glucosa ATP + Glu ADP + GLU-6P ∆Gº= -17 kJ/mol

Estos ejemplos resaltan la forma en la que el ATP puede actuar como un agente versátil de transferencia de fosfato mediante reacciones acopladas. En cada caso, el acoplamiento se realiza haciendo que las reacciones se produzcan en la superficie de una molécula proteica grande, una enzima. Las enzimas pueden facilitar este acoplamiento y acelerar las reacciones


BIBLIOGRAFIA

MATHEWS, VAN HOLDE , AHERN, "BIOQUIMICA" 3ª EDICION   PEARSON EDUCACION S.A. MADRID 2002.

INTRODUCCION A LA BIOENERGETICA

Los seres vivos necesitan un ingreso continuo de energía. Así , mediante la fotosíntesis, las plantas convierten la energía radiante del sol, fuente de energía primaria para la vida sobre la tierra, en la energía química de los hidrato de carbono y de otras sustancias orgánicas.
Las plantas, o los animales que las consumen, metabolizan después estas sustancias para impulsar funciones tales como la síntesis de biomoléculas, la concentración de los gradientes de concentración y el movimiento de los músculos. Estos procesos por último transforman la energía en calor, que se disipa en el entorno. Una porción considerable del aparato bioquímico celular debe dedicarse, por tanto, a la adquisición y al empleo de la energía.
NOCIONES BASICAS DE TERMODINAMICA
La termodinámica constituye una descripción de las relaciones existentes entre las diversas formas de energía y cómo ésta afecta a la materia en lo macroscópico en oposición al nivel molecular; es decir, trata con cantidades de materia lo suficientemente grandes para que sus propiedades medias, tales como la temperatura y la presión, puedan definirse bien.
Con el conocimiento de la termodinámica podemos determinar si es posible que tenga lugar un proceso físico.
La termodinámica, tal como se aplica en la bioquímica, se halla relacionada muy frecuentemente con la descripción de las condiciones bajo las cuales los procesos tienen lugar espontáneamente. Por consiguiente, los elementos de termodinámica que permiten predecir la espontaneidad química y bioquímica son: la primera y segunda leyes de la termodinámica, la energía libre y la naturaleza de los procesos en el equilibrio .
PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA: CONSERVACION DE LA ENERGIA
Un sistema termodinámico , es la parte del universo que elegimos para el estudio , tal como un recipiente de reacción , un organismo , una única célula bacteriana, el resto del universo se considera como el entorno , este debe tener unos límites definidos .(1)
El sistema puede ser aislado, el cual es incapaz de intercambiar materia y energía con los alrededores ; cerrado capaz de intercambiar energía pero no materia o puede ser abierto en el que la materia y la energía pueden entrar y salir.
Todo sistema contiene una determinada cantidad de energía E ,es decir, los átomos y moléculas del sistema poseen una energía cinética y una energía de vibración y rotación , incluyendo la energía almacenada por los enlaces químicos existentes entre los átomos y la energía de las interacciones no covalentes entre las moléculas , se debe incluir toda la energía que pueda modificarse por procesos químicos o físicos no nucleares .
La energía interna es la función del estado de un sistema. El estado termodinámico se define mediante la indicación de las cantidades de todas las sustancias y al menos dos de las siguientes: temperatura T , presión P, y el volumen del sistema V. (2)
La primera ley de la termodinámica es la formulación matemática de la ley de la conservación de la energía la energía no puede crearse ni destruirse

∆U = Ufinal – U inicial = q –ω

Donde U es la energía, q representa el calor absorbido por el sistema desde el entorno y ω es el trabajo efectuado por el sistema sobre el entorno
El calor q es un reflejo del movimiento molecular al azar, mientras que el trabajo w se define como el impulso multiplicador de la distancia desplazada bajo su influencia, se halla asociado con el movimiento organizado (1)

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA
En un sentido general, el segundo principio de la termodinámica es la ley de la física que afirma que las diferencias entre un sistema y sus alrededores tienden a igualarse. En un sentido clásico, esto se interpreta como la ley de la física de la que se deriva que las diferencias de presión, densidad y, particularmente, las diferencias de temperatura tienden a igualarse. Esto significa que un sistema aislado llegará a alcanzar una temperatura uniforme. Una máquina térmica es aquella que provee de trabajo eficaz gracias la diferencia de temperaturas entre dos cuerpos. Dado que cualquier máquina termodinámica requiere una diferencia de temperatura, se deriva pues que ningún trabajo útil puede extraerse de un sistema aislado en equilibrio térmico, esto es, se requerirá de la alimentación de energía del exterior.
El segundo principio se usa a menudo como la razón por la cual no se puede crear una máquina de movimiento perpetuo. En efecto, el segundo principio lleva implícito el establecer la posibilidad de que un determinado fenómeno o proceso, por lo demás consistente con alguna otra ley de la física, pueda en realidad ocurrir. Por ejemplo, podría razonarse que, en virtud del primer principio de la termodinámica, nada impide que, espontáneamente, sea posible extraer calor de un cuerpo frío, por ejemplo a 200K, para transmitírselo a otro caliente, por ejemplo a 1000K: basta con que se cumpla el balance energético correspondiente, a consecuencia del cual el cuerpo frío se enfriaría aun más, y el caliente se calentaría más aun. Sin embargo, el segundo principio establece que tal fenómeno es imposible. Esto no sólo se extiende a fenómenos o procesos físicos o ingenieriles que impliquen algún proceso térmico, sino que el segundo principio se encuentra íntimamente enraizado en todas las ramas de la física: de todas las leyes de la naturaleza, el segundo principio es probablemente uno de los más comprobado, y desde luego el más firmemente reconocido, de manera que se considera como algo indispensable que toda nueva teoría física o todo nuevo fenómeno teorizado, por muchas otras teorías previas a las que contradiga, lo cumpla estrictamente

CONSTANTE DE EQUILIBRIO Y ENERGIA LIBRE DE GIBBS
La Energía libre (designada con la letra G) o energía libre de Gibbs de un sistema, es la parte de la energía total del sistema que esta disponible para realizar trabajo útil y esta dada por la siguiente relación

ΔG = ΔH − TΔS

Esta formula es válida cuando en un sistema particular discurre hacia el equilibrio a temperatura y presión constante, ΔG es la variación en energía libre, ΔH es la variación de entalpía o contenido calorico, T es la temperatura absoluta y ΔS es la variación de entropía del sistema. La variación de energía libre de una reacción química esta relacionada con la constante de equilibrio de tal reacción, por ejemplo, una reacción se puede escribir como:

A + B <-------------> B + D

y la expresión para la constante de equilibrio:

En condiciones estándar, cuando reactivos y productos se encuentran presentes inicialmente a concentración 1 M, a 1 atm de presión y una 1 M o pH 0, el cambio de energía libre estándar se define como ΔG°.Se ha cambiado esta expresión y definido la energía libre estándar a pH 7,0 ( M), que es el pH al cual tienen lugar la mayor parte de reacciones biológicas. En estas condiciones la variación de energía libre se expresa en forma ΔG°’ y la constante de equilibrio como Keq. Dado que en el equilibrio ΔG = 0, se define la siguiente expresión:

en donde R es la constante de los gases, cuyo valor es R = 8.134Jmol − 1K − 1, dependiendo de si la variación de energía libre resultante se expresa en calorías (cal) o julios (J) por mol; y T es la temperatura absoluta en Kelvin (°K). De ahí que, si se puede determinar la constante de equilibrio de una reacción, también puede calcularse su variación de energía libre estándar (ΔG°’). Cuando la constante de equilibrio se halla por debajo de la unidad, la reacción es endergónica y ΔG°’ es positiva. Cuando la constante de equilibrio es mayor que 1, la reacción es exergónica y ΔG°’ es negativa.
Tal como ya se ha dicho, la ΔG°’ de una reacción define el trabajo disponible en una reacción cuando sustratos y productos están presentes a concentración 1 M. Dicha situación no se da en las células, ya que los compuestos raramente se encuentran a concentración 1M. De ahí que una expresión relacionada con las concentraciones intracelulares reales de sustratos y productos pueda proporcionar datos sobre el trabajo disponible en una reacción. La expresión para obtener ΔG a cualquier concentración de sustrato o producto incluye la variación de energía libre para que una concentración 1 M de sustrato y de producto alcancen el equilibrio (ΔG°’) y la variación de energía para alcanzar una concentración 1 M de sustratos y productos:

¿QUE ES LA BIOENERGETICA?
Es el análisis cuantitativo de la forma en que los organismos adquieren y utilizan la energía, la bioenergética puede considerase una parte especial de la ciencia de las transformaciones energéticas denominada termodinámica