Bioenergetica y Metabolismo para universidad

Bioenergética y metabolismo

1. BIOENERGÉTICA Y
METABOLISMO
Alumnos:
Mateo Cisneros Gaona
Ximena Estrada Negrete
Regina Campos Méndez
Camila Olvera Vargas
Emiliano Pano Nieves
Docente: Dorian Karitina Olmos Morfin
Medicina 1°C

2. Indice Introducción
Leyes de la termodinamica
Entropia
Energía libre de Gibbs y ATP
Metabolismo
Catabolismo
Anabolismo
Reacciones de Oxidación-Reducción
Vías metabólicas principales
Integración de vías metabólicas
Impotencia clinica
Conclusiones

3. Introducción
La termodinámica estudia cómo se transforma
y utiliza la energía. Sus leyes explican el
funcionamiento del metabolismo celular, ya
que la primera ley señala que la energía no se
crea ni se destruye, solo se transforma; la
segunda, que en cada transformación aumenta
la entropía; y la tercera, que la entropía tiende
a cero en el cero absoluto. Gracias a esto,
entendemos cómo la célula obtiene y usa
energía en forma de ATP para mantener sus
funciones vitales.

4. Leyes de la termodinamica
1ra LeySi dos sistemas están en
equilibrio térmico con un
tercero, también lo están entre
sí.
Ejemplo: Si un termómetro y un
vaso de agua tienen la misma
temperatura que una olla,
entonces el agua y la olla están
a la misma temperatura. Ley 0
La energía no se crea ni se
destruye, solo se transforma de
una forma a otra.
Expresión:
ΔU = Q - W
Donde:
ΔU: cambio en la energía
interna del sistema.
Q: calor suministrado al
sistema.
W: trabajo realizado por el
sistema.
2da Ley
La entropía (medida del
desorden) de un sistema
aislado siempre tiende a
aumentar.
Consecuencias:
El calor fluye de un
cuerpo caliente a uno
frío, nunca al revés de
manera espontánea.
No es posible construir
una máquina que
convierta todo el calor
en trabajo sin pérdidas.
3ra Ley
Cuando la temperatura de un
sistema se aproxima al cero
absoluto (0 K o -273,15 °C), la
entropía tiende a un valor
mínimo constante.
Consecuencia: Es imposible
alcanzar el cero absoluto en un
número finito de pasos.

5. Entropia La entropia (S) es una medida del
desorden o dispersión de la energía
en un sistema.
Un sistema con alta entropía = mas
desorden, energía menos
aprovechable.
Un sistema con baja entropía = más
orden, energía más concentrada y
útil
Ejemplo: Un cubo de hielo se derrite:
pasa de un estado ordenado (sólido)
a uno más desordenado (agua
líquida), aumentando la entropía.

6. Energía libre de Gibbs y ATPLa energía libre de Gibbs (ΔG) y el ATP están muy
relacionados porque ambos se refieren a cómo las células
obtienen, almacenan y usan energía
El ATP es la molécula que transfiere y almacena la energía
libre de Gibbs en las células.
Reacciones exergónicas (que liberan energía, ΔG < 0),
como la respiración celular, producen ATP.
Reacciones endergónicas (que requieren energía, ΔG > 0),
como la síntesis de proteínas, usan ATP.
En resumen: la energía libre de Gibbs nos dice si una
reacción es energéticamente posible, y el ATP es la
herramienta celular para manejar esa energía.

7. Energía libre de Gibbs (ΔG)
Es un concepto termodinámico que indica la cantidad de energía útil
disponible en un sistema para realizar trabajo.
Se representa con la fórmula:
ΔG = ΔH - TΔS
donde:
ΔH = cambio de entalpía (energía total).
T = temperatura en Kelvin.
ΔS = cambio de entropía (grado de desorden).
Interpretación de ΔG:
ΔG < 0 → la reacción es espontánea (libera energía, exergónica).
ΔG > 0 → la reacción es no espontánea (requiere energía, endergónica).
ΔG = 0 → equilibrio
En biología, este concepto se usa para predecir si una reacción metabólica
puede ocurrir de forma natural en la célula.

8. ATP (Adenosín Trifosfato)
• Es la “moneda energética” de la célula.
• Está formado por:
• Adenina (base nitrogenada).
• Ribosa (azúcar).
• 3 grupos fosfato.
• Su importancia radica en los enlaces fosfato de alta energía.
Cuando se rompe el último enlace (hidrolizando ATP → ADP + Pi),
se libera aproximadamente –7.3 kcal/mol (–30.5 kJ/mol) de
energía libre de Gibbs.
• Esa energía se utiliza para:
• Movimientos celulares (ej. contracción muscular).
• Transporte activo (bombas iónicas).
• Síntesis de macromoléculas (proteínas, ADN, lípidos).

9. El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que ocurren en las células
para obtener y utilizar energía para construir componentes celulares.
Permite transformar los nutrientes en ATP, mantener la homeostasis y sostener
todas las funciones vitales.
Es esencial para el crecimiento, la reparación y la supervivencia del organismo.
El metabolismo se divide en dos tipos principales:
Catabolismo (descomposición de moléculas)
Anabolismo (síntesis de moléculas)
Metabolismo

10. Catabolismo
El catabolismo es la parte del metabolismo encargada de degradar
moléculas grandes y complejas (como carbohidratos, lípidos y
proteínas) en moléculas más pequeñas y simples (como CO₂, H₂O y
amoníaco), liberando energía utilizable en el proceso.
Características principales del catabolismo:
Tipo de proceso: degradativo y exergónico (libera energía, ΔG < 0).
Moléculas iniciales: macromoléculas ricas en energía (glucosa,
ácidos grasos, aminoácidos).
Productos finales: moléculas simples (CO₂, H₂O, NH₃).
Forma de energía liberada:
Se captura en forma de ATP (energía inmediata).
Se almacena en coenzimas reducidas como NADH y FADH₂,
que después generan más ATP en la cadena respiratoria.

11. Ejemplos de rutas catabólicas:
Glucólisis: degradación de glucosa → piruvato.
Ciclo de Krebs: oxidación de acetil-CoA → CO₂, NADH, FADH₂, ATP.
β-oxidación: degradación de ácidos grasos → acetil-CoA.
Degradación de aminoácidos: eliminación del grupo amino →
productos para ciclo de Krebs.

12. Anabolismo
El anabolismo es la parte del metabolismo encargada de sintetizar
moléculas grandes y complejas (como carbohidratos, lípidos y
proteínas) a partir de moléculas más pequeñas y simples (como
glucosa, aminoácidos y ácidos grasos), consumiendo energía en el
proceso.
Características principales del anabolismo:
Tipo de proceso: constructivo y endergónico (requiere energía, ΔG
> 0).
Moléculas iniciales: moléculas pequeñas y simples (glucosa,
aminoácidos, ácidos grasos).
Productos finales: macromoléculas complejas (glucógeno,
proteínas, lípidos).
Forma de energía utilizada:
Se obtiene de ATP (energía inmediata).
Se apoya en coenzimas reducidas como NADPH, que aportan poder
reductor para la síntesis.

13. Ejemplos de rutas anabólicas:
Gluconeogénesis: síntesis de glucosa a partir de precursores como
piruvato o lactato.
Síntesis de proteínas: unión de aminoácidos para formar proteínas.
Síntesis de ácidos grasos: formación de ácidos grasos a partir de
acetil-CoA.
Síntesis de nucleótidos: construcción de purinas y pirimidinas a
partir de precursores simples.

14. Reacciones De Oxidación-Reducción (Redox)
Las reacciones de oxidación-reducción
(redox) son procesos químicos en los
que ocurre una transferencia de
electrones entre las sustancias que
participan.
Son la base de procesos celulares como
la respiración celular (oxidación de
glucosa para obtener ATP).

15. Reacciones De Oxidación-Reducción (Redox)
Oxidación: es la pérdida de electrones
de una sustancia.
Reducción: es la ganancia de electrones
por otra sustancia.
Siempre ocurren al mismo tiempo,
porque si una sustancia pierde
electrones (se oxida), otra debe
recibirlos (se reduce).

16. Vías metabólicas principales Glucolisis
Ciclo de Krebs
Cadena de transporte de electrones
y Fososrilaxión oxidativa

17. GlucolisisRuta catabólica que degrada la glucosa (6 carbonos) en 2
moléculas de piruvato (3 carbonos cada una), liberando
energía.
Características principales:
Ocurre en el citoplasma de la célula.
No requiere oxígeno (proceso anaeróbico).
Genera ATP y NADH como formas de energía.
Balance energético por molécula de glucosa:
ATP neto: 2 ATP
Coenzima reducida: 2 NADH
Productos finales: 2 piruvato
Importancia:
Proporciona energía rápida para la célula.
Es el primer paso para la respiración celular aeróbica o
fermentación.

18. Cadena de transporte de
electrones Es un conjunto de complejos
proteicos y moléculas
transportadoras situadas en la
membrana interna de la
mitocondria, cuya función es
transferir electrones provenientes
del NADH y FADH₂ (generados en la
glucólisis, ciclo de Krebs y otras
rutas) hacia el oxígeno molecular
(O₂).
Cadena de transporte de electrones y
fosforilación oxidativaFosforilación oxidativa
Es el proceso acoplado a la CTE en
el cual la energía del gradiente de
protones se utiliza para sintetizar
ATP.
Los protones regresan a la
matriz a través de la ATP sintasa
(una enzima en forma de
rotor/turbina).
Ese flujo de protones impulsa la
fosforilación del ADP a ATP.

19. Cadena de transporte de
electrones 1. Complejo I (NADH deshidrogenasa): recibe
electrones de NADH y bombea protones (H⁺) al
espacio intermembrana.
2. Complejo II (succinato deshidrogenasa):
recibe electrones de FADH₂, pero no bombea
protones.
3. Ubiquinona (Q): transporta electrones entre
el complejo I/II y el complejo III.
4. Complejo III (citocromo bc1): transfiere
electrones al citocromo c y bombea protones.
5. Citocromo c: proteína que traslada
electrones hacia el complejo IV.
6. Complejo IV (citocromo c oxidasa):
transfiere electrones al oxígeno, que se combina
con protones formando agua (H₂O).
Cadena de transporte de electrones y
fosforilación oxidativaFosforilación oxidativa
Balance aproximado de ATP (en
condiciones ideales):
Cada NADH → 2.5 ATP.
Cada FADH₂ → 1.5 ATP.
En total, de una molécula de
glucosa se obtienen alrededor
de 30-32 ATP.

20. Ciclo de Krebs
El ciclo de Krebs (también llamado ciclo del ácido cítrico o ciclo
de los ácidos tricarboxílicos) es una ruta metabólica fundamental
que ocurre en la matriz mitocondrial y tiene como función
principal la obtención de energía a partir de los nutrientes.
Es una secuencia cíclica de reacciones químicas en la que el
acetil-CoA (derivado de carbohidratos, grasas y proteínas) se
oxida completamente a CO₂, mientras que los electrones
liberados se transfieren a coenzimas transportadoras (NAD⁺ y
FAD).
Productos por cada vuelta del ciclo (a partir de 1 acetil-CoA):
3 NADH
1 FADH₂
1 GTP (≈ 1 ATP)
2 CO₂

21. Ciclo de Krebs
Pasos principales:
1.Formación de citrato: el acetil-CoA (2C) se condensa
con oxalacetato (4C) → citrato (6C).
2.Isomerización del citrato → isocitrato.
3.Descarboxilaciones oxidativas: el isocitrato y luego el
α-cetoglutarato pierden CO₂ → se producen NADH.
4.Formación de succinil-CoA: se libera otra molécula de
NADH.
5.Conversión a succinato: se produce GTP/ATP.
6.Oxidaciones sucesivas (succinato → fumarato →
malato → oxalacetato): se generan FADH₂ y NADH.
7.El oxalacetato regenerado permite que el ciclo vuelva
a empezar.

22. Integración de vías metabolicas
La integración metabólica se
refiere a cómo las distintas
rutas del metabolismo
(catabolismo, anabolismo y
anfibolismo) están
interconectadas y
coordinadas para mantener
el equilibrio energético y
funcional de la célula y del
organismo.
Principales vías que se integran:
Glucólisis (degrada glucosa en piruvato →
energía rápida).
Ciclo de Krebs (oxida acetil-CoA → produce
NADH, FADH₂ y CO₂).
Cadena de transporte de electrones y
fosforilación oxidativa (produce la mayor
parte del ATP).
Gluconeogénesis (forma glucosa a partir de
precursores no glucídicos).
Metabolismo de lípidos (β-oxidación de
ácidos grasos, síntesis de triglicéridos y
colesterol).
Metabolismo de aminoácidos y proteínas
(síntesis y degradación, uso de esqueletos
carbonados en Krebs).

23. Integración de vías metabolicas
¿Para que sirve?
Mantener la homeostasis
energética
Adaptación al estado nutricional:
Flexibilidad metabólica
Conexión entre órganos y tejidos
Aporte de precursores para
biosíntesis

24. Importancia clinica
La bioenergética y el metabolismo
son claves no solo en biología celular,
sino también en medicina clínica,
porque permiten entender el origen
de muchas enfermedades, su
diagnóstico y tratamiento.

25. La bioenergética y el metabolismo son pilares fundamentales para comprender el
funcionamiento del organismo, ya que explican cómo se obtiene, transforma y utiliza
la energía necesaria para la vida. Su estudio tiene gran relevancia clínica porque
muchas enfermedades, desde trastornos hereditarios hasta padecimientos comunes
como la diabetes, la obesidad o las enfermedades cardiovasculares, se originan en
alteraciones metabólicas. Además, el conocimiento de estas rutas permite diseñar
estrategias terapéuticas y fármacos que corrigen o modulan dichas alteraciones. En
suma, la integración de bioenergética y metabolismo no solo asegura el equilibrio
energético y funcional del organismo, sino que también constituye una herramienta
esencial para el diagnóstico, prevención y tratamiento de múltiples enfermedades.
Conclusión

26. Gracias

27. Bibliografías
Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2017). Lehninger: Principles of
Biochemistry (7.ª ed.). W. H. Freeman and Company.
Berg, J. M., Tymoczko, J. L., Gatto, G. J., & Stryer, L. (2019).
Biochemistry (9.ª ed.). W. H. Freeman and Company.
Çengel, Y. A., & Boles, M. A. (2015). Termodinámica (8.ª ed.).
McGraw-Hill Education.