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22/10/2014
 La energía química de las moléculas de los
ENERGÍA, ENZIMAS Y METABOLISMO
Leidy Diana Ardila Leal
Docente
alimentos se libera mediante una serie de
reacciones
químicas
conocidas
como
respiración celular
 La enzimas intervienen en el proceso de
obtención de energía para la célula
Tipos de Energía
La Energía
1. Energía Cinética (movimiento): Movimiento de la masa o de
las partículas
• La luz (movimiento de fotones)
“Es la capacidad
de producir un
cambio en el
estado
o
movimiento de la
materia”
 La forma de medir en sistemas
biológicos es la kilocaloría (kcal).
 La cantidad de calor necesaria
para aumentar de 14.5 a 15.5°C
la temperatura de 1 kg de agua.
• El calor (movimiento de moléculas)
• La electricidad (movimiento de electrones)
• El movimiento de objetos
2. Energía Potencial (almacenada):
Es la capacidad de hacer trabajo en virtud de la posición o estado de una
masa o partícula.
• E. Química (almacenada en los enlaces: carbohidratos y grasas)
• E. Eléctrica (almacenada en baterías)
• E. de Posición (agua en una represa)
 El estudio de los intercambios de
energía en sistemas materiales se
conoce como Termodinámica
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Energía eólica
Los aerogeneradores dañan menos el medio
ambiente que otras fuentes, aunque
requieren una velocidad media del viento de
al menos 21 km/h.
Energía eólica: es la que se
origina por la fuerza del
viento.
Tiene
muchas
ventajas, porque no provoca
contaminación
y
es
inagotable. Puede generar
energía eléctrica por medio
de molinos de viento.
Energía hidráulica
Represa de Itaipú, Paraguay
Aprovechan la energía
del agua en movimiento.
Es la que se origina por la
caída del agua y se utiliza
para generar energía
mecánica y energía
eléctrica.
La presa de Itaipú, entre Brasil
y Paraguay, sobre las aguas del
río Paraná, y su central
hidroeléctrica, que es la mayor
del mundo, proporcionan
energía a ambos países. Tiene
una altura de 196 m y 8 km de
largo, y cuenta con 14
vertederos que actúan como
cataratas artificiales.
Energía nuclear
Energía geotérmica
La energía geotérmica
es energía calorífica
renovable producida
en las profundidades
del planeta.
Energía nuclear: es la que se
produce cuando se rompe el
núcleo del átomo,
 Debido a la liberación de la
fuerza que mantiene unidas
las partículas del núcleo
atómico.
 Cuando lo que se rompe es el
Géiser
Los géiseres lanzan gas y agua
muy caliente al exterior, agua
que se puede utilizar como
fuente de energía.
núcleo del átomo, como en el
caso del Uranio, se libera
mucha energía, llamada
energía nuclear.
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Energía química
Energía
química:
es
producto
de
una
combustión
(cualquier
sustancia que arde o se
"quema"), reacción en la
cual
se combina el
oxígeno del aire con la
materia del cuerpo que
arde.
Durante
la
combustión se producen
luz y calor. Cuando las
moléculas se rompen se
libera energía química.
Energía eléctrica
Energía eléctrica:
Es la que se produce
por el movimiento
de
electrones
a
través
de
un
conductor.
Flujo de la Energía
Rayo
Los rayos son fuertes
descargas eléctricas
que
se
producen
entre las nubes y el
suelo, o entre dos
nubes, que tienen
distinto tipo de carga.
También se produce
un sonido, el trueno.
.
El árbol absorbe luz E radiante solar (E
cinética)
El árbol convierte la E luminosa en E potencial
química almacenada en enlaces y la usa para
producir hojas, ramas y frutos…
La manzana, "llena" de E potencial química, cae
al suelo, su E de posición (E potencial) se
transforma en E cinética, la E del movimiento
Cuando manzana golpea suelo, E cinética se transforma en calor (E calórica) y
sonido (E acústica), etc.
Si alguien come la manzana, cuerpo transforma E química de manzana en
movimiento muscular, reproducción, etc.
Flujo de la Energía
Depende de:
 Cantidad de E inicialmente disponible
 Utilidad de la E
 Se rige por la leyes de la Termodinámica
Son:
 Fotosíntesis, respiración y realización de trabajo
biológico.
La fotosíntesis es un proceso complejo. Sin
embargo, la reacción general se puede
resumir de esta manera:
6 CO2 + 6 H2O + energía de luz
enzimas
C6H12O6 + 6 O2
clorofila
La fotosíntesis, ¿es una reacción exergónica o endergónica?
Leyes de la Termodinámica
 Describen las propiedades y el comportamiento de la Energía
en los sistemas.
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En la fotosíntesis:
Respiración en organismos
heterótrofos
 La luz solar es la fuente de energía que atrapa la clorofila, un
pigmento verde en las células que los autótrofos utilizan para
la fotosíntesis.
 El bióxido de carbono y el agua son las materias primas.
 Las enzimas y las coenzimas controlan la síntesis de glucosa, a
partir de las materias primas.
En la respiración se emplean el oxígeno del aire, que a su vez es
un producto de la fotosíntesis oxigenica, y se desecha dióxido
de carbono; en la fotosíntesis se utiliza el dióxido de carbono
y se produce el oxígeno, necesario luego para la respiración
aeróbica.
 La reacción química global de la respiración es la siguiente:
 C6 H12 O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energía (ATP)
 Es la utilización de la energía de los carbohidratos,
grasas y proteínas producidas en la fotosíntesis por
los organismos heterótrofos
 El proceso global, mediante el cual las moléculas
de alimentos son oxidadas por las células
heterótrofa, con liberación de energía
(respiración oxigénica)
 La respiración celular es el conjunto de reacciones
bioquímicas que ocurre en la mayoría de las células, en el cual se
producen moléculas de ATP.
 Su fórmula general es:
 C6H12O6 + 6 O2 ----> 6 CO2 + 6H2O y se liberan 38 moléculas
de ATP
 En las células eucariotas la respiración se realiza en las
mitocondrias y ocurre en tres etapas que son estos:
•Oxidación del ácido pirúvico.
•Ciclo de los ácidos tricarboxílicos (ciclo de Krebs)
•Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa del ADP a ATP.
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Trabajo Biológico
 Utilización de la energía química para realizar diferentes
TRABAJO BIOLÓGICO
clases de trabajo celular
ENERGIA QUÍMICA
TRABAJO QUÍMICO
Biosíntesis:
Monómeros
TRABAJO CELULAR
TRABAJO OSMÓTICO
Polímeros
Osmosis
Transporte activo
TRABAJO MECÁNICO
Contracciones
musculares
Tabla 5.1. Relación de los principales productos de la biosíntesis
Trabajo mecánico
 El trabajo mecánico
realizado por los
organismos
vivos
está
potenciado
directamente por la
energía química,
Reacciones de oxido-reducción
 Las células, utilizan los mismos principios moleculares
fundamentales y los mismos mecanismos en sus actividades
transformadoras de energía
Act.
Transformadora
de energía
Procesos
endergónicos
Consumo de
energía
 Una vez la energía se dispersa nunca puede volver a producir trabajo
biológico
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Oxidación
Perdida de
electrones
Reducción
Ganancia de
electrones
Energía
ATP
El ATP transporta la energía química procedente de la oxidación de
los alimentos hacia aquellos procesos o reacciones de las células en que
no tienen lugar espontáneamente y que solo se realizan si se les
suministra energía química
 El ATP (adenosín trifosfato) es la molécula que
más se utiliza para almacenar y transportar
energía de unos procesos metabólicos a otros,
aunque no la única existen otros nucleótidos
UTP, GTP que hacen una función similar.
 El ATP almacena la energía en los dos enlaces
éster fosfóricos que unen entre sí a las
moléculas de fosfórico.
 El ATP se puede hidrolizar espontáneamente y
liberar energía, esto permite que se pueda acoplar
a procesos desfavorables energéticamente, es
decir que no son posibles sin un aporte de
energía, como ocurre en los procesos anabólicos
o en otros trabajos celulares.
 Al hidrolizarse el ATP se rompe el último enlaces
éster fosfórico, formándose ADP
ATP + H2O
ADP + P + Energía (7,3kcal/mol)
Reacción opuesta:
ADP + Ion fosfato + Energía =
ATP + H2O
 Las células contienen grandes cantidades ATP/ADP
relación 10/1
 En reposo, un ser humano consume casi 45 Kg.
/día de ATP
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Termodinámica
Entalpia
Es el estudio de los cambios energéticos que acompañan a los
acontecimientos del universo
 Es la cantidad de energía calorífica de una
sustancia.
 Si la entalpía de los productos es menor que la de
Sistema
Entorno
Porción de
materia que
sufre cambio
Resto de la
materia
los reactantes se libera calor y decimos que es una
reacción exotérmica
 Si la entalpía de los productos es mayor que la de
Exotérmica
los reactantes se toma calor del medio y decimos
que es una reacción endotérmica
Endotérmica
Ley Cero de la termodinámica
 Si tres o mas sistemas están en contacto térmico y todos
juntos en equilibrio, entonces cualquier par está en equilibrio
por separado.
• El concepto de temperatura se basa en este principio cero.
NaCl + H2O
→→ NaOH + Cl2
Primera Ley de la Termodinámica
 “La cantidad total de energía del universo permanece
constante”
 La energía no puede ser creada ni destruida, si no que
se transforma en otro tipo de energía.
Robert Mayer en 1841
 La energía total transferida a un sistema solo
depende del estado inicial y final del proceso.
En todo proceso en que se cede un calor Q
al sistema y este realiza un trabajo W, la
energía total transferida a dicho sistema es
igual al cambio en su energía interna
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 Después de varios pasos, quedan seis moléculas de
agua.
 Los restos son más estables, pero la energía química de
sus átomos y enlaces es mucho menor que la energía
química general de la glucosa.
Segunda Ley de la Termodinámica
Entropía
“mide el grado de desorden o cambio de un sistema”
 “La energía tiende a difundirse de una forma más concentrada a
una menos concentrada, ej. se libera como calor o luz, o ambas”.
 La cantidad de entropía
del universo tiende a
incrementarse en el tiempo.
 Es la energía (E) que no puede utilizarse para
producir trabajo
 La E de alta calidad, con baja entropía, es la
que puede ser más utilizada por el ser
humano (ej. gasolina)
 La E de baja calidad, con alta entropía, es la
menos utilizable por el ser humano (ej. calor
liberado por un animal).
 La entropía del Universo es
 En las transformaciones de la energía, una parte
 La
 El calor es la energía del movimiento al azar de
creciente
energía
tendrá
distribución fortuita y
uniforme y cuando sólo
quede energía inútil, no
será posible el trabajo y el
Universo habrá llegado a su
fin
de ésta se pierde en la forma de calor en el
entorno.
las moléculas y es la forma más desorganizada
de energía
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Fuentes de Energía
 El Sol proporciona el 99% de
toda la energía utilizada por
los seres vivos en la Tierra.
 Esta fluye a través de los
ecosistemas, en procesos
cíclicos de utilización y
reciclaje. Flujo de energía
Pérdidas energéticas
 Ninguna transformación de la energía es 100% eficiente.
 La energía se pierde principalmente en forma de luz y
calor.
 El calor no puede ser almacenado en las células o en
ninguna parte de los seres vivos.
Energía libre
Energía liberada que se utiliza para realizar un trabajo, bajo
condiciones estándar o habituales
 Relaciona la entropía (S) con la entalpia (H) y
funcionan en una relación inversamente proporcional.
 Todos los procesos físicos y químicos ocurren con
disminución de la energía libre hasta alcanzar un estado
de equilibrio
Equilibrio dinámico
 Se presenta cuando dos procesos reversibles
ocurren en las misma etapa.
 Puede ser aplicado en conceptos de salud cuando
un cuerpo saludable ya que todos los procesos
internos se encuentran en armonía y balance.
 Ej. Evaporación de agua
Reacciones exergónicas y
endergónicas
 Reacción exergónica (reacción espontanea): Reacción que
puede ocurrir sin adición de energía externa
 Reacciones endergónicas: reacciones no
espontáneas que requieren el aporte de energía
libre
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Reacciones endotérmicas y
exotérmicas
 Reacción exotérmica: Reacción que ocurre
espontáneamente con liberación de energía; la cual se
conserva en forma de ATP
 Valor del cambio en la energía libre (∆G) negativo
 Reacción endotérmica: La energía libre (∆G) es positiva
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