ENTRADA 7--TERMODINÁMICA METABÓLICA,GENERALIDADES. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA MITOCONDRIA

TERMO DINÁMICA

La termodinámica es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de magnitudes de los sistemas a un nivel macroscópico. Consituye una teoría fenomenológica, a partir de razonamientos deductivos, que estudia sistemas reales, sin modelizar y sigue un método experimental.  Los cambios estudiados son los de temperatura, presión y volumen, aunque también estudia cambios en otras magnitudes, tales como la imanación, el potencial químico, la fuerza electromotriz y el estudio de los medios continuos en general. También podemos decir que la termodinámica nace para explicar los procesos de intercambio de masa y energía térmica entre sistemas térmicos diferentes. Para tener un mayor manejo especificaremos que calor significa "energía en tránsito" y dinámica se refiere al "movimiento", por lo que, en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor.

La célula utiliza la glicólisis para obtener la energía que requiere para llevar a cabo procesos tan complejos como la digestión, la síntesis bioquímica, contracciones musculares, división celular, control de la temperatura corporal, etc. La glicólisis en extractos citoplasmáticos de células de levaduras y en extractos de levaduras libres de células es uno de los tres primeros osciladores bioquímicos descubiertos. A partir del análisis de las posibles rutas bioquímicas involucradas en la

glicólisis, Selkov propuso un modelo matemático sencillo alrededor de la enzima PFK y de la parejaATP-ADP, que permite mostrar algunos de los rasgos característicos del comportamiento oscilatorio.

A pesar de que el comportamiento oscilatorio de la glicólisis en extractos citoplasmáticos de células ha sido objeto de amplio estudio experimental, muy pocos esfuerzos se han realizado para llevar a cabo estudios termodinámicos en este sistema. En este trabajo proponemos extender el modelo de

Selkov a un sistema de reacción-difusión para ser estudiado en el marco de la termodinámica generalizada de los procesos irreversibles, con el propósito de mostrar como se comportan los niveles de disipación termodinámica ante variaciones en la temperatura.

| Catabólico (más grande a moléculas más pequeñas) \ /	/ \ Anabólico (más pequeño a moléculas más grandes) |

Los caminos anabólicos almacenan por la condensación (retiro de HOH para ensamblar 2 pedazos).
e.g. fotosíntesis

La termodinámica significa " las transformaciones de la energía que ocurren en materia.

sistema abierto 
E se transfiere entre el sistema y el sistema

cerrado ambiente 
sistema aislado del ambiente
tiene una 1ra ley del flujo

cíclico de E de la termodinámica 
E es constante. (conservación de la energía)

2do Ley de la termodinámica 
Cada transferencia o de la transformación de E aumenta la entropía.

La vida no sigue la 2da ley. La vida es un sistema abierto.

entropía 
la medida de disorden

entalpia
calor total en un sistema

G = H - TS 
libre E = entalpia menos (la temperatura mide el tiempo de entalpia)
libre E = E total menos la intensidad de la reacción espontánea

movimiento al azar 
ocurre sin la adición de más E. Puede ocurrir solamente si aumenta la entropía (desorden) en el universo

E libre 
E disponible para hacer el trabajo
calor = solamente E incapaz de trabajo

equilibrio 
como el equilibrio se acerca, E libre disminuye

reacciones 
las reacciones exergónicas son catabólicas
las reacciones endergónicas son anabólicas
los sistemas complejos
suelen descomponer porque requiere mucha E mantenerlos
los sistemas complejos vivos son mantenidos por la ingestión

Bioenergéticas 
cómo los organismos manejan sus recursos energéticos

Simplificar un sistema
como se  simplifica un sistema, pierde más y más E

Equilibrio 
Todos los organismos se esfuerzan para el equilibrio de E, equilibrio finalmente se mantiene al morir

catabolismo 
pierde E libre (E) permitiendo que haga trabajo

anabolismo 
almacena E (los aumentos liberan E y el producto químico E)

reacción de la oxidación 
pierde e ^-

reacción de la reducción 
gana e ^-

juntos son " reacciones redox "

Acoplador de la energía (ciclo del ATP, abajo) 
la transferencia de E de catabólico a la naturaleza anabólica

de los rxns se ejecuta cuesta abajo cuál es " G "? 
1. exergonic = espontáneo (deltaG <0
2. endergonic = no espontáneo (deltaG > 0
3. equilibrio = muerte porque no se puede hacer trabajo (deltaG = 0 )
4. Llave al desequilibrio = al producto de un rxn es el reactivo en el paso de progresión siguiente en el camino metabólico

---

El ATP proporciona a la E libre para todo el (la mayoría) de trabajo celular Un hosphate del ri P del denosine T se compone de altos enlaces del fosfato de E Inestable  El ATP es inestable porque hace 3 grupos negativamente cargados del fosfato conectados juntos secuencialmente. Las cargas negativas están empujando constantemente lejos de si mismos.

intermedio phosphorylated 
transferencia del grupo del fosfato para mantener el deltaG negativo (mantener usando/perdiendo E libre para hacer el trabajo). A la derecha está un ejemplo.

1. El ATP transfiere un fosfato (p) al aminoácido (AA) 2. Otro AA toma el lugar de P 3. Resultado: un polipéptido y un P libre para el phosphorylation oxidative en el ATP completan un ciclo.

Energía y Metabolismo

Energía 

Es la capacidad de realizar un trabajo. A pesar que existen varias formas de energía: química, luminosa, mecánica, etc. , solo hay dos tipos básicos:

	Potencial: es la capacidad de realizar trabajo como resultado de su estado o posición. Puede estar en los enlace químicos, en un gradiente de concentración, en un potencial eléctrico, etc.
	Cinética: es la energía del movimiento, puede existir en forma de calor, luz, etc.

En términos bioquímicos, representa la capacidad de cambio, ya que la vida depende de de que la energía pueda ser transformada de una forma a otra, cuyo estudio es la base de la termodinámica. Sus leyes son aplicables a los sistemas cerrados o aislados, es decir aquellos que no intercambian energía con el medio que los rodea; las células son sistemas abiertos, o sea pequeñas partes de un sistema cerrado mayor. Las leyes de la termodinámica expresan:

	1º Ley: en un sistema aislado la energía no se crea ni se destruye, puede ser transformada de una forma en otra.
	2º Ley: no toda la energía puede ser usada y el desorden tiende a aumentar, lo que se conoce como entropía.

Metabolismo

Cada célula desarrolla miles de reacciones químicas que pueden ser exergónicas (con liberación de energía) o endergónicas (con consumo de energía), que en su conjunto constituyen el METABOLISMO CELULAR. Si las reacciones químicas dentro de una célula están regidas por las mismas leyes  termodinámicas ... entonces cómo se desarrollan las vías metabólicas?

1. Las células asocian las reacciones: las reacciones endergónicas se llevan a cabo con la energía liberada por las reacciones exergónicas.

2.  Las células sintetizan moléculas portadoras de energía que son capaces de capturar la energía de las reacciones exergónicas y las llevan a las reacciones endergónicas.

3. Las células regulan las reacciones químicas por medio de catalizadores biológicos:ENZIMAS.

ATP: Reacciones acopladas y transferencia de energía

Las células acostumbran a guardar la energía necesaria para sus reacciones en ciertas moléculas, la principal es el: ATP, trifosfato de adenosina. Las células lo usan para capturar, transferir y almacenar energía libre necesaria para realizar el trabajo químico. Funciona como una MONEDA ENERGÉTICA.

La función del ATP es suministrar energía hidrolizándose a ADP y P_i. Esta energía puede usarse para:

	obtener energía química: por ejemplo para la síntesis de macromoléculas;
	transporte a través de las membranas
	trabajo mecánico: por ejemplo la contracción muscular, movimiento de cilios y flagelos, movimiento de los cromosomas, etc.

MITOCONDRIA

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Las mitocondrias son uno de los orgánulos más conspicuos del citoplasma y se encuentran en casi todas las células eucarióticas. Observadas al microscopio, presentan una estructura característica: la mitocondria tiene forma alargada u oval de varias micras de longitud y está envuelta por dos membranas distintas, una externa y otra interna, muy replegada. Las  mitocondrias son los orgánulos productores de energía. La célula necesita energía para crecer y multiplicarse, y las mitocondrias aportan casi toda esta energía realizando las últimas etapas de la descomposición de las moléculas de los alimentos. Estas etapas finales consisten en el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono, proceso llamado respiración, por su similitud con la respiración pulmonar. Sin mitocondrias, los animales y hongos no serían capaces de utilizar oxígeno para extraer toda la energía de los alimentos y mantener con ella el crecimiento y la capacidad de reproducirse. Los organismos llamados anaerobios viven en medios sin oxígeno, y todos ellos carecen de mitocondrias. 
        Mitocondria (del griego mitos = hilo, hebra; chondros = grano, terrón, cartílago): La usina celular. Organelas autorreplicantes, que se encuentran en el citoplasma de la célula eucariota rodeadas por dos membranas, completan el proceso de consumo de la glucosa generando (por quimiósmosis) la mayor parte del ATP que necesita la célula para sus funciones. 
        Diminuta estructura celular de doble membrana responsable de la conversión de nutrientes en el compuesto rico en energía trifosfato de adenosina (ATP), que actúa como combustible celular. Por esta función que desempeñan, llamada respiración, se dice que las mitocondrias son el motor de la célula. 
        Se encuentran mitocondrias en las células eucarióticas (células con el núcleo delimitado por membrana). El número de mitocondrias de una célula depende de la función de ésta. Las células con demandas de energía particularmente elevadas, como las musculares, tienen muchas más mitocondrias que otras. Por su acusado parecido con las bacterias aeróbicas (es decir, que necesitan oxígeno), los científicos creen que las mitocondrias han evolucionado a partir de una relación simbiótica o de cooperación entre una bacteria aeróbica y una célula eucarióticas ancestral.

ARTÍCULOS RELACIONADOS CON LOS TEMAS



http://personal.redestb.es/juan_villa/
TERMODINÁMICA DE LOS PROCESOS
IRREVERSIBLES DE UN METABOLISMO
por Edson Robles & Daniel Barragán1
http://www.accefyn.org.co/revista/Vol_30/116/419%20a%20434.PDF


http://www.bcelular.fmed.edu.uy/Material/IntrMetab&BioenerNov05.pdf
deprtamento de bioquimica-- u ti biologia celular



http://www.uncp.edu.pe/botonpages/facultades/Industrias/descargas/BIOENERGETICA.pdf
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU
FACULTAD DE INGENIERIA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
Ing. M.Sc. EMILIO FREDY YABAR VILLANUEVA


http://www.biol.unlp.edu.ar/qcabiolfarmacia/bibliografia-01.pdf
Termodinámica del no-equilibrio en las reacciones
metabólicas
Aníbal Lodeiro y Augusto Melgarejo
Facultad de Ciencia Exactas, UNLP


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http://www.uclm.edu/profesorado/jjordan/pdf/review/5.pdf
La mitocondria
DANIEL TORNERO, VALENTÍN CEÑA y JOAQUÍN JORDÁN
aLicenciado en Bioquímica y becario predoctoral de la Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha.
bCatedrático de Farmacología.
cDoctor en Farmacia y profesor titular de Farmacología en la Universidad de Castilla-La Mancha.
Centro Regional de Investigaciones Biomédicas. Universidad de Castilla-La Mancha. Albacete


http://croptechnology.unl.edu/animation/AccionEnzimatica.swf
new mexico state university
Nathan Wambaugh


BIBLIOGRÁFICAS DE MAS IMPORTANCIA

http://www.uncp.edu.pe/botonpages/facultades/Industrias/descargas/BIOENERGETICA.pdf

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU

FACULTAD DE INGENIERIA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

Ing. M.Sc. EMILIO FREDY YABAR VILLANUEVA

http://croptechnology.unl.edu/animation/AccionEnzimatica.swf

new mexico state university

Nathan Wambaugh

http://www.uclm.edu/profesorado/jjordan/pdf/review/5.pdf

La mitocondria

DANIEL TORNERO, VALENTÍN CEÑA y JOAQUÍN JORDÁN

aLicenciado en Bioquímica y becario predoctoral de la Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha.

bCatedrático de Farmacología.

cDoctor en Farmacia y profesor titular de Farmacología en la Universidad de Castilla-La Mancha.

Centro Regional de Investigaciones Biomédicas. Universidad de Castilla-La Mancha. Albacete

 PORQUE LA IMPORTANCIA 

la dimicidad con que se tratan los temas de manera didáctica y con una pedagogía muy bien estructurada.

se nota la profundidad de conocimiento aplicado, y la experiencia en el trato al lector, llevado a interpretar y entender de manera congruente.. 

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