Post on 06-Jul-2018
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 1/30
ENERGETICĂ BIOCHIMICĂ
Dr. Elena Petrescu
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 2/30
Energetică biochimică
3 tipuri de energie într-un sistem reactant:
- energia liberă Gibbs (G) - entalpia (H)
- entropia (S)
▪ DG = DH – T x DS
Reacție chimică A → B
DG = GB – G A
DG < 0 - reacție exergonică
DG > 0 - reacție endergonică
A + B ↔ C + DKeq = [C]eq[D]eq/[A]eq[B]eq
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 3/30
Energetică biochimică
G (diferenţa de energie liberă reală):
- semnul său este predictiv pentru sensul de desfășurare al unei reacții în condițiiledin celulă:
- DG < 0 → reacția are loc spontan în sensul A → B (reacție exergonică) - dacă DG are valoare negativă mare → reacția este ireversibilă
- DG = 0 → reacția este la echilibru
- DG > 0 → spontan, reacția are loc în sensul A ← B
- ea poate avea loc în sensul A → B numai dacă există un aport deenergie liberă (dintr -o reacție exergonică)
G° (diferenţa de energie liberă standard)
Ecuația lui Gibbs: DG = DG° + RT ln [C][D]/[A][B]
DG pentru o reacție care are loc spontan spre echilibru este negativă și variabilă- la echilibru: DG = 0 => DG° = – RT ln Keq
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 4/30
Energetică biochimică
Cuplarea unei reacții endergonice cu o reacție exergonică:
(1) A → B DG°en
(2) C → D DG°ex
Suma: A + C → B + D DG°total = DG°en + DG°ex
dacă │DG°ex│ > DG°en => DG°total < 0
▪ Ex - formarea glucozo-6-fosfatului:Glucoză + Pi → glucoză-6-fosfat + H2O (DG°1 = 3,3 kcal/mol) - reacţia endergonică
ATP + H2O → ADP + Pi (DG°2 = − 7,3 kcal/mol) - reacţia exergonică
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Suma: Glucoză + ATP → glucoză-6-fosfat + ADP (DG° total = − 4 kcal/mol)
Cale metabolică
DGtotal = DG1 + DG2 + DG3 + DG4 + .....
- dacă DGtotal < 0 → calea este exergonică și are loc în sensul figurat, chiardacă unele reacții individuale au DG > 0
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 5/30
Model mecanic al cuplării unei reacții endergonice cu o reacție exergonică
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 6/30
ATP transferă energia de la procesele exergonice laprocesele endergonice
(1) X + Y + ATP → X−Y + ADP + PiX + ATP → X~P + ADPX~P + Y → X−Y + Pi
(2) X + Y + ATP → X−Y + AMP + PPiX + ATP → X~AMP + PPi
X~AMP + Y → X−Y + AMP
ATP (adenozin trifosfat)
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 7/30
Compuşi înalt energetici:
1,3-DifosfogliceratFosfoenolpiruvat Acil-CoA Creatin-fosfat
Compuşi cu energie joasă:
Esteri fosforici
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 8/30
Compuşi chimici G° (kcal/mol)
Înalt energetici
Fosfoenolpiruvat −14,8
1,3-Difosfoglicerat −11,8
Creatin fosfat −10,3
ATP (→ AMP + PPi) −10,9
Acil-CoA −7,5
ADP (→ AMP + Pi) −7,8
*ATP (→ ADP + Pi) −7,3
Cu energie joasă
PPi (→ 2Pi) −4,6
AMP (→ adenozină + Pi) −3,4
Glucoză-1-fosfat −5
Fructoză-6-fosfat −3,8
Glucoză-6-fosfat −3,3
Glicerol-3-fosfat −2,2
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 9/30
Sinteza ATP prin
fosforilare la nivel de substrat:
Rolul ATP ca donor de fosfat
înalt energetic:
Poziția intermediară a ATP pe scara valorilor G°
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 10/30
Reacții de oxido-reducere
Ared + Box ↔ Aox + Bred (ex: Fe2+ + Cu2+ ↔ Fe3+ + Cu+)
Ared → Aox + n e−
Box + n e− → Bred
▪ Ared/Aox şi Bred/Box = cupluri oxido-reducătoare, caracterizate de potențialul redox E
(o măsură a afinității pentru e−)
▪ e− se deplasează de la cuplul donor de e− (E <) spre cuplul acceptor de e− (E >)
▪ Ecuația lui Ner nst: E = E° + (RT/nF) ln [Ox]/[Red]
Reacții de dehidrogenare - catalizate de dehidrogenaze AH2 + B ↔ A + BH2
- B = transportori de e− universali:
▪ coenzimele piridinice (derivați ai vit. PP) - NAD+ și NADP+
▪ coenzimele flavinice (derivați ai vit. B2) - FMN și FAD
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 11/30
Structura NAD+ și NADP+
- acceptă 2 electroni sub formă de ion hidrid H:−
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 12/30
Structura FAD
- acceptă 2 electroni sub forma a 2 atomi de H
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 13/30
Dehidrogenaze dependente de coenzimele nicotinamidice:
AH2 + NAD(P)+ → A + NAD(P)H + H+ [ NAD(P)+ + 2e− + 2H+ → NAD(P)H + H+ ]
Dehidrogenaze dependente de coenzimele flavinice:
AH2 + FMN/FAD → A + FMNH2/FADH2 [ FMN/FAD + 2e− + 2H+ → FMNH2/FADH2 ]
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 14/30
Fosforilarea oxidativă
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 15/30
Mitocondria – sediul fosforilării oxidative
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 16/30
Ubiquinona (coenzima Q)
Proteinele cu Fe-S
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 17/30
Citocromii
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 18/30
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 19/30
Complexul I (NADH dehidrogenaza)
NADH + H+ + CoQ → NAD+ + CoQH2
Complexul II (succinat dehidrogenaza)
Succinat + CoQ → fumarat + CoQH2
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 20/30
Transferul e− de la NADH, succinat, acil-CoA și glicerol-3-P la coenzima Q
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 21/30
Complexul IV (citocrom c oxidaza)
Complexul III (citocrom c reductaza)
CoQH2 + 2 cit c (Fe3+) → CoQ + 2 cit c (Fe2+) + 2H+
2 cit c (Fe2+) + 2H+ + ½O2 → 2 cit c (Fe3+) + H2O
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 22/30
Transferul electronilor în lanţul respirator
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 23/30
Transferul electronilor în lanţul respirator
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 24/30
Transferul e− în LR cuplat cu generarea gradientului de H+
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 25/30
ATP sintaza (complexul Fo-F1)
Oxidarea NADH:
NADH + H+ + ½O2 + 3ADP + 3Pi → NAD+ + 3 ATP + 4H2O
Oxidarea succinatului:
succinat + ½O2 + 2ADP + 2Pi → fumarat + 2 ATP + 3H2O
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 26/30
Inhibitori ai lanțului respirator
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 27/30
Inhibitori ai lanțului respirator
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 28/30
Decuplanți ai fosforilării oxidative - dinitrofenolul (DNP)
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 29/30
Decuplanți ai fosforilării oxidative - termogenina
8/16/2019 Energetica biochimica
http://slidepdf.com/reader/full/energetica-biochimica 30/30
Bibliografie
• David L. Nelson, Michael M. Cox. Lehninger Principles of Biochemistry. 5th edition, 2008.
• Colleen Smith, Allan D. Marks, Michael Lieberman. Marks’ Basic Medical Biochemistry: A Clinical
Approach. 2nd edition, 2004.
• Robert K Murray, Darryl K. Granner, Peter A. Mayes, Victor W. Rodwell. Harper’s Illustrated
Biochemistry. 27th edition, 2006.
• Pamela C. Champe, Richard A Harvey, Denise R. Ferrier. Lippincott’s Illustrated Reviews –
Biochemistry. 4th edition, 2007.
• Reginald H. Garrett, Charles M. Grisham. Biochemistry. 2nd edition, 1999.
• Mary K. Campbell, Shawn O. Farrell. Biochemistry. 6th edition, 2007.