Tema :Tema :Tema :Tema :

Compuestos Ricos en EnergiaCompuestos Ricos en EnergiaCompuestos Ricos en EnergiaCompuestos Ricos en Energia

Preparado: Dr. Cristbal Zambrano Parada Bacterilogo U.Javeriana

Docente UFPS 03528

INTRODUCCIN

Se entiende como compuesto rico en energa a aquel intermediario metablico cuyo potencial de transferencia de grupo es igual o inferior a - 7 kcal/mol. Como potencial de transferencia de grupo entendemos la energa libre que el compuesto es capaz de ceder a otra sustancia junto con el grupo transferido, es decir, la energa libre retenida en un enlace y que se transfiere a otro compuesto al transferirle un grupo. Como referencia de la energa transferible se utiliza la que se libera cuando el grupo se cede al agua, por tanto, el potencial de transferencia de grupo coincide con el cambio de energa libre estndar de hidrlisis.

Tabla No.1 Cambios de energa libre de algunas reacciones qumicas a pH 7 y 25C

Esta definicin combina el concepto de que el enlace tiene una cierta energa que se transmite con el grupo funcional.

Los compuestos ricos en energa liberan la energa que transportan mediante la rotura de un solo enlace en su molcula. Por esta razn al enlace que se rompe se le denomina enlace rico en energa.(~).

Tabla No.2. Cambios de energa libre de algunos compuestos fosforilados y Acetil Coa (un Tioester)

TIPOS DE ENLACES RICOS EN ENERGA. En general, los grupos que se transfieren (junto con la energa) responden a tres clases.

A. GRUPOS FOSFATO Fosfoanhdridos Grupo ms importante de compuestos ricos en energa. Entre ellos se encuentra en ATP (adenosn trifosfato), cuyo potencial de transferencia de grupo vara segn la reaccin de transferencia, es decir, depende de como transcurra la hidrlisis

ATP + H2O ----> AMP + PPi. DG'o = -8.2 (kcal/mol)

ATP + H2O ----> ADP + Pi DG'o = -7.3 (kcal/mol) (Ocurre en el complejo Mg-ATP2+ que es como est en el entorno celular).

ADP + H2O ----> AMP + Pi DG'o = -7.2 (kcal/mol)

AMP + H2O -----> Adenosina + P DG'o = - 3,3 kcal/mol

PPi + H2O -----> 2 Pi DG'o= - 6,0 kcal/mol

Por tanto, AMP y PPi no pueden considerarse compuestos ricos en energa.

Las reacciones del ATP son normalmente desplazamientos nuclefilos, en las cuales el nuclefilo, por ejemplo, el oxgeno de un alcohol, y cada uno de los tres fosfatos es susceptible de dicho ataque, producindose distintos productos y resultando la energa libre resultante de la hidrlisis distinta segn el enlace fosfato- fosfato objeto de la hidrlisis.

Figura No.1. Posiciones de ataque en el ATP por un nucleofilo

Esto indica que el potencial de transferencia de grupo de un compuesto rico en energa no est confinado nicamente en los denominados "enlaces ricos en energa". De hecho, a este potencial contribuyen tambin otros factores ajenos a los enlaces fosfato-fosfato

Figura No.2. Energia libre asociada a la hidrlisis del ATP.

As, la energa libre resultante de la hidrlisis de los enlaces fosfato-fosfato del ATP depende de las caractersticas de los productos resultantes y no del enlace concreto objeto de hidrlisis. Esto indica que la energa liberada no est acumulada en un solo enlace. Adems, la energa libre cedida por el ATP en su hidrlisis puede ser dosificada gracias a la existencia de dos posibilidades de hidrlisis.

Figura No.3. Estabilizacion por resonancia en la hidrlisis del ATP.

Por tanto, el valor de la energa de hidrlisis del ATP (y de otros compuestos ricos en energa) depende de:

Estabilizacin por resonancia de los productos. Los productos de la hidrlisis de los enlaces fosfato-fosfato tienen una mayor resonancia que la sustancia de que proceden. La entropa aumenta con la hidrlisis.

Repulsin electrosttica entre las cargas negativas de los fosfatos. Tras la hidrlisis del ATP disminuye la repulsin entre cargas. La entropa aumenta con la hidrlisis.

Impedimento estrico para la rotacin de grupos por la presencia de tantos oxgenos sobre cada fosfato en la molcula de ATP.

Estabilizacin de los productos por isomerizacin.

Finalmente. Cabe destacar que aunque la hidrlisis de ATP es altamente exergnica, la molcula de ATP es cinticamente estable a pH 7. Esto se debe a que la energa de activacin para esta hidrlisis es muy alta y la rotura de este enlace solo ocurre cuando la reaccin es catalizada enzimticamente.

Dentro de este grupo se incluyen otros nucletidos, GTP, UTP, CTP y ITP. Pero slo el GTP puede considerarse transferidor de grupos fosfato. El resto, ms que ceder el grupo fosfato, se incorporan en toda su estructura formando UDP-, CDP- o CMP-derivados.

Acil-fosfatos Los representantes ms destacados de este grupo son el 1,3-bifosfoglicerato, el acetil-fosfato y los aminoacil-adenilatos. El primero es un intermediario de la gluclisis, el segundo del metabolismo de microorganismos y el tercero en la sntesis de protenas.

El caso del 1,3-bifosfoglicerato es muy ilustrativo, ya que la hidrlisis del fosfato en posicin 1 libera -10.3 kcal/mol, mientras que la del fosfato en 3 apenas -2.2 kcal/mol. Esta diferencia seguramente se debe a que el fosfato en posicin 3 puede adoptar casi tantas formas resonantes como el fosfato libre. Sin embargo, el fosfato 1 presenta menos formas, ya que la carga residual negativa del oxigeno del grupo carbonilo carga positivamente el carbono, que a su vez succiona electrones del oxgeno comn con el fosfato, restringiendo las formas resonantes. Estos mismos argumentos pueden aplicarse para el acetil-fosfato y los aminoacil-adenilatos

Enol-fosfatos El nico representante de este grupo es el fosfoenolpiruvato (PEP), intermediario de la gluclisis, que posee una energa libre estndar de hidrlisis de -14.8 kcal/mol.

La energa libre de hidrlisis del PEP es muy negativa debido a que la fosforilacin del grupo enlico impide la formacin de la configuracin ms estable, es decir, la forma ceto.

Fosfoguanidinas Las principales son el creatn-fosfato en vertebrados y el arginn-fosfato en invertebrados. Tienen una energa libre de hidrlisis de unos -10.3 kcal/mol y sirven como almacn de energa en msculo. Poseen un fosfato unido directamente a un nitrgeno que, a su vez, posee un enlace con el carbono que soporta el grupo imido. Esta circunstancia impide las resonancias

del grupo fosfato y del grupo guanidinico (este ltimo es altamente resonante cuando est libre, ya que presenta numerosas formas posibles de distribucin electrnica).

B. TIOSTERES En este grupo se incluyen todos los derivados de la coenzima A que se forman mediante un enlace tiol-ster con los grupos carboxilo de los cidos grasos y sus derivados.

Gran parte de la molcula de la coenzima A juega un papel secundario en conferir al derivado una energa libre de hidrlisis fuertemente negativa.

Figura No.4. Energia libre asociada a la hidrlisis del Acetil Coa.

Figura No.5. Secuencia de transferencia de energa en un acido graso.

La energa de hidrlisis de estos compuestos oscila entre -7.7 y -10.5 kcal/mol. Estos valores negativos se deben a que la unin tiol-ster impide la resonancia del grupo carboxilo. Es ms cuando hay un grupo carbonilo cercano al carboxilo, la hidrlisis produce una forma resonante adicional, lo que hace que la energa libre de hidrlisis sea an menor.

En este grupo se incluye tambin a los derivados acil-carnitina.

C. GRUPOS METILO El nico representante de este grupo es la S-adenosil metionina, una sustancia transferidora de grupos metilo que posee DG'o -10 kcal/mol.

CARGA ENERGETICA DE LA CELULA: ENERGA LIBRE DE HIDRLISIS EN CONDICIONES FISIOLGICAS. Es interesante estudiar la variacin de la energa libre de hidrlisis del ATP en condiciones reales, es decir, a concentraciones fisiolgicas de ATP y sus productos de hidrlisis.

Si considera que la concentracin de Pi es prcticamente estable en condiciones fisiolgicas, la energa libre de hidrlisis actual del ATP aumenta conforme disminuye la razn ATP/ADP. En condiciones fisiolgicas esta razn es muy estable, lo que hace oscilar el valor de energa libre dentro de unos mrgenes muy cercanos a la energa libre de hidrlisis en condiciones estndar.

Tabla No.3. Concentracion de Nucleotido de Adenina, Fosfato Inorganico y Fosfocreatina en algunas celulas.

En la clula se hace necesario mantener unos niveles de ATP para que siempre se obtenga la misma energa en la hidrlisis de una molcula ATP. Sin embargo, en circunstancias patolgicas las concentraciones de ATP pueden disminuir mucho, llevando consigo no slo la disminucin de la reserva de ATP, sino que el ATP libera cada vez menos energa como consecuencia del aumento de su energa de hidrlisis.

En la clula, las concentraciones de ATP y ADP estn relacionadas por la reaccin catalizada por la adenilato quinasa 2 ADP ----> ATP + AMP DG'o ~ 0 kcal/mol. Adems, el Mg2+ del citosol une tanto al ATP como al ADP, y en la mayor parte de las reacciones enzimticas que involucran al ATP el sustrato real es MgATP2-. Por tanto, la energa de hidrlisis relevante ser la de este ltimo compuesto y, en la mayor parte de los casos, la energa de hidrlisis del ATP en el interior celular puede ser ms negativa que la estndard.

Por tanto el nivel energtico de la clula viene dado, no solo por la cantidad de ATP que contiene, sino por la de todos aquellos compuestos susceptibles de dar ATP. Se define la carga energtica de la clula como:

Este concepto tiene la ventaja de indicarnos de una manera global el estado energtico celular. Valores energticos cercanos a 0.85 indican existencia de equilibrio entre los procesos que generan ATP con respecto a los que lo utilizan. Valores inferiores a 0.85 activan los procesos generadores de ATP. Este hecho nos indica que el estado energtico celular est controlado dentro de unos mrgenes muy estrictos, existiendo homeostasis del estado energtico celular.(Fig.No.6)

Figura No.6. Diagrama del estado energtico global de la celula.

EL USO DE ATP COMO UNIDAD ENERGTICA DE LA CLULA

La conservacin y transferencia de la energa celular se lleva a cabo gracias a la transferencia de grupos fosfato. Los compuestos ms ricos en energa (1,3- bifosfoglicerato y PEP) ceden su energa al ATP, siendo este la unidad energtica que entrecruza catabolismo y anabolismo.

Los fosfgenos (creatn-fosfato y arginn-fosfato) actan como reserva de energa en aquellos tejidos que, como el msculo, requieren en ciertos momentos de su funcionamiento de un suministro de energa mayor. De todas formas, su energa se utiliza siempre a travs del ATP.

El ATP es la figura central del sistema de transferencia de energa en el interior celular, por ello se denomina al ATP la moneda energtica celular. De esta manera la clula dispone de una energa fcilmente transferible y reconocible. Entre las razones por las que la naturaleza ha elegido este compuesto podemos entender que el ATP es un buen compuesto para deshidratar y adems, los grupos fosfato aumentan su polaridad.. Tiene varios niveles de liberacin de

energa segn se rompan uno o dos enlaces y la adenina es una etiqueta muy usada en diferentes enzimas para reconocer cofactores.

Figura No.7. Fuentes de obtencin de energa duante el ejercicio.

SISTEMAS DE GENERACIN DE ENERGA Es importante adelantar que la principal fuente de la energa que se acumula en el ATP es la energa de oxidorreduccin, procedente de coenzimas reducidas.

Figura No.8. Panoramica energtica de los carbohidratos.

Figura No.8. Fosforilacion oxidativa: Cadena de Transporte de Electrones.

BIBLIOGRAFIA

Bioqumica. (3 Ed.). C.K. Mathews, K.E. van Holde, K.G. Arhen. Prentice Hall, Pearson Educacion, Madrid. (2002)

Biochemistry (5 Ed.). J. M. Berg, J. L. Tymoczko and L. Stryer., W.H. Freeman. New York. (2002)

Lehninger Principles of Biochemistry (3 Ed.). D.L. Nelson and M.M. Cox. Worth Pub.. New York. (2000). Edicin en Castellano (2002)

Principles of Biochemistry. H.R. Horton, L.A. Moran, R.S. Ochs, J.D. Rawn y K. G. Scrimgeour. Prentice-Hall International, Inc., Upper Saddler River. (1996).

Bioqumica. Aspectos estructurales y vas metablicas. E. Herrera. Interamericana-McGraw-Hill (1991)

Bioenergetics at a Glance. D.A. Harris. Blackwell Science Ltd., Oxford. (1995) Bioenergetics 3. (3 Ed.). D.G. Nicholls y S.J. Ferguson. Academic Press, Inc., San

Diego. (2002) The Vital Force: a Study of Bioenergetics. F.M. Harold. W.H. Freeman, Nueva York.

(1986) Bioenergetics. A Practical Approach. G.C. Brown y C.E. Cooper. Oxford University

Press, Oxford. (1995) Bioqumica Cuantitativa. II Cuestiones sobre Metabolismo. J.M. Macarulla, A. Marino y

A. Macarulla. Editorial Revert, S.A., Barcelona. (1992). Libro de problemas. Brock Madigan. Biologa de los microorganismos.Prentice Hall,Madrid 1999.Octava

edicin. Pg, 121-135. Bioqumica. (4 Ed.). L. Stryer. Editorial Revert S. A., Barcelona. (1995)

CIBERGRAFIA

http://www.usal.es/~glutathione/CTE_FO.pdf http://www2.uah.es/tejedor_bio/bioquimica_Farmacia/Resumen-T17.pdf http://bioquimicarmc.files.wordpress.com/2008/09/bioenergetica.pdf http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/lb/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/steinera

/parte09/01.html http://www2.uah.es/tejedor_bio/bioquimica_Farmacia/T17-bionergetica.pdf http://docencia.udea.edu.co/bacteriologia/MicrobiologiaAmbiental/microbiologia_4.pdf http://www.canalsocial.net/GER/ficha_GER.asp?id=4089&cat=biologia http://es.wikipedia.org/wiki/Usuario:Kikecito http://colombiamedica.univalle.edu.co/Vol25No2/celulas.html http://books.google.com.co/books?id=KHec9weY8Y0C&pg=PA24&lpg=PA24&dq=comp

uestos+ricos+en+energia&source=web&ots=5bZxb5xN9v&sig=ZomUnB0gEO9meAKKaCqymn6r8s&hl=es&sa=X&oi=book_result&resnum=7&ct=result#PPA21,M1

http://200.26.134.109:8080/endeporte/hermesoft/portal/home_1/rec/arc_1553.pdf http://www.educa.madrid.org/web/ies.rayuela.mostoles/deptos/dbiogeo/recursos/Apunte

s/BioGeoBach1/7-Vida/Nutricion.htm