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INSTITUTO TECNOLOGICO DE TOLUCA

INGENIERIA QUIMICA

DISEÑO DE REACTORES

POR:

PROFR:

JULBUEBYEIO 2001

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DEFINICIONES

METABOLISMO

• Actividades químicas organizadas de una célula, que comprende dos aspectos: la producción de energía y la utilización de la energía. La energía faculta para hacer un trabajo. (PELCZAR, BEID, CHANG).

• Serie colectiva de procesos químicos que ocurren en los organismos vivos, tanto de síntesis como de biodegradación.

Se utiliza para aludir a todos los procesos que tienen lugar dentro de una célula metabole (griego)que es igual a cambio. Así que la célula se puede considerar como una entidad que cambia. (BROCK).

• Conocimiento químico de las moléculas participantes (metabolitos)de las reacciones en que participan las enzimas que catalizan dichas reacciones, y de los mecanismos reguladores que determinan las velocidades de las reacciones catalizadas por enzimas que transcurren en forma secuencial, por las cuales cualquier metabolito A es convertido a otro B.

Tal serie de etapas constituye una ruta metabólica y los mecanismos de las numerosas rutas metabólicas y su funcionamiento en forma integrada, constituyen el metabolismo. (WHITE).

CATABOLISMO

Fase degradativa del metabolismo, a través de la cual las moléculas nutritivas procedentes del medio exterior, de la digestión o de las propias reservas de la célula sufren una serie de reacciones escalonadas hasta dar productos finales muy sencillos utilizables por la célula para la biosíntesis de otros componentes celulares o para la respiración celular.

ANABOLISMO

Fase de biosíntesis del metabolismo en la que se forman nuevas sustancias progresivamente más complejas a partir de los productos simples y energía.

CUESTIONARIO

• G es la cantidad de energía liberada o consumida en el curso de una reacción, mientras que Gº significa condiciones estándar es decir que la concentración de reactivos, T y pH afectan este valor y Gº´ es la energía desprendida de reacciones exergónicas para efectuar reacciones endergónicas, por medio de un reactivo común.

Entre reacciones endergónicas y reacciones exergónicas la diferencia es

que la energía no siempre está en forma de calor sino también en química, entonces si G en una reacción química tiene el valor negativo la reacción desprende energía por lo tanto es exergónica y si tiene un valor positivo, requiere energía por lo tanto es endergónica.

Mientras que E´o es la tendencia a absorber electrones expresada por el potencial de reducción estándar o electromotriz, a mayor E´o mayor capacidad oxidante del sistema

• En las células existen varios compuestos de alta transferencia de energía, y aunque algunos tienen menor energía total, la energía se distribuye de tal modo dentro de la molécula que una porción se opone a la otra, dando como resultado una tensión molecular considerable. Cuando se rompe una molécula, por la acción catalítica de una enzima, se desprende energía. La ATP es un compuesto de alta energía superior es en encargado del intercambio energético entre las reacciones exergónicas y endergónicas. Esta energía se desprende por hidrólisis y la cantidad liberada es la capacidad de transferencia de energía de la ATP

• En las células existen varios compuestos de alta transferencia de energía, y aunque algunos tienen menor energía total, la energía se distribuye de tal modo dentro de la molécula que una porción se opone a la otra, dando como resultado una tensión molecular considerable.

Cuando se rompe una molécula, por la acción catalítica de una enzima, se desprende energía.

La desasimilación de una molécula de glucosa suele ocurrir después de una secuencia de reacciones catalizadas por enzimas al final de la cual se forman dos moléculas de ácido pirúvico. Además, en un paso, por la oxidación del gliceraldehído-3-fosfato, se separan un par de electrones que entran en la cadena respiratoria. El ácido pirúvico formado por glucólisis puede sufrir nueva oxidación. De esta serie de reacciones catalizadas enzimáticamente, resulta la producción de acetil-coenzima A (acetil-CoA), que entra al ciclo del ácido tricarboxílico (ATC). La pareja de electrones liberados pueden entrar en la cadena respiratoria.

La reacción es la siguiente:

C6H12O6 + 2 ADP + 2 H3PO4! 2 CH3COCOOH + 2 ATP + 2 H2O + 2 (2H)

GLUCOSA ACIDO PIRUVICO

En el ciclo del ácido tricarboxílico, la acetil-CoA es oxidada por las series de ciclos de reacciones catalizadas por enzimas. Los cuatro pares de electrones liberados por cada molécula de acetil-CoA que entra al ciclo pueden integrarse en la cadena respiratoria. , estos tres procesos, logran la oxidación completa de la glucosa a dióxido de carbono y agua, según la siguiente reacción:

C6H12O6 + 6O2 !6CO2 + 6H2O

GLUCOSA

• En la producción de energía intervienen varias reacciones químicas, pero la más común es la de óxido-reducción. La oxidación es la pérdida de electrones, reducción es la ganancia de electrones En cada reacción participan un par de sustancias, una es la forma reducida y la otra oxidada. A cada pareja se le llama sistema de óxido reducción. Un sistema O/R tiende a absorber electrones de otro sistema O/R es decir el primer sistema oxidará al segundo.

La tendencia a absorber electrones expresada por el potencial de reducción estándar o electromotriz (E´o), de un sistema O/R que se mide eléctricamente bajo condiciones de comparación establecidas y expresadas en voltios. A mayor E´o mayor capacidad oxidante del sistema.

• Hay enzimas que eliminan electrones e iones hidrógeno de los sustratos reducidos (deshidrogenasa), que tienen Nicotinamida Adenina Dinucléotido (NAD) o Nicotinamida Adenina Dinucléotido Fosfato (NADP), como coenzima NAD, puede existir en una forma reducida, NAD + H, para formar un sistema de O/R:

NAD´ + 2H´ + 2e!NAD + H´

Del mismo modo NAD puede existir en una forma reducida.

La vitamina niacina (ácido nicotínico) forma parte de la estructura NAD y de NADP y es un precursor de su biosíntesis.

Otra clase de deshidrogenasa son las flavoproteinas que contienen FAD o FMN como grupos proteicos. Una de las partes básicas de la estructura de su coenzima es la vitamina riboflavina, que se encuentra en forma oxidada o reducida:

Riboflavina + 2H ! rivoflavina-H2

Las formas reducidas de las coenzimas son FADH2 y FMNH2.

• La ordenación de los sistemas O/R de acuerdo a los valores de E´o, esta basada en la secuencia de las reacciones de oxidación en la cadena respiratoria determinada experimentalmente. En tres puntos a lo largo de la cadena se libera suficiente energía para la síntesis de ATP.

La degradación de una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato y energía libre en forma de ATP se desarrolla a través de diez reacciones enzimáticas escalonadas, que tienen lugar sin oxígeno y reciben en conjunto el nombre de glucólisis. En condiciones aerobias el piruvato se oxida a acetil-coenzima A y CO2; en condiciones anaerobias, se reduce a lactato o en la fermentación alcohólica, en etanol y CO2.

Las vitaminas son compuestos orgánicos precursores esenciales de diversas coenzimas. Se necesitan en cantidades muy pequeñas pero la falta o deficiencia acarrea serias perturbaciones.

• Las plantas verdes viven autotróficamente en presencia de la luz, ya que utilizan el dióxido de carbono como única fuente de carbono, mientras que las bacterias se caracterizan por su capacidad para efectuar la fotosíntesis sin producir finalmente oxígeno.

• La respiración aeróbica libera mayor cantidad de energía, el agente oxidante es el oxígeno libre. Para la respiración por nitratos este radical se sustituye por el oxígeno como aceptor final de electrones.

• Las sustancias nutritivas para las bacterias heterótroficas son materias orgánicas ricas en energía, ya que son incapaces de tomar energía libre para sintetizar materia orgánica a partir de material mineral.

Las bacterias quimioautotróficas transforman las sustancias minerales en materia orgánica rica en energía, biosíntesis que puede realizarse a expensas de la energía de la luz solar, o bien de la energía química liberada en reacciones exotérmicas de oxidación de compuestos inorgánicos que se producen en el medio ambiente.

Las bacterias fotoautotróficas utilizan la energía luminosa del sol o la liberada en reacciones químicas del medio.

• En la primera fase de la fotosíntesis asociada a las membranas tilacoides de los cloroplastos, la clorofila capta la energía luminosa y ésta es transformada en energía química bajo forma de ATP. Además del ATP se forma NADP receptor de electrones de gran poder reductor. Los electrones que va perdiendo la clorofila se reponen a partir de la fotólisis del agua. La fase oscura ocurre en el estroma y sin necesidad de luz o clorofila, ya que en ella se utiliza la energía química almacenada en el ATP y el poder reductor de NADP para fijar el carbono atmosférico, que se integra a moléculas orgánicas, formando un círculo cerrado.

• Las etapas iniciales de la desasimilación de la glucosa siguen los siguientes pasos: los dos pares de electrones liberados por la oxidación de gliceraldehido a fosfato son aceptados por NAD y así entran a la cadena respiratoria. Por lo común se presentan diferencias en la fermentación en las vías que utiliza el ácido pirúvico resultante, por lo tanto se le considera el eje de la fermentación de carbohidratos.

La degradación de una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato y energía libre en forma de ATP se desarrolla a través de diez reacciones enzimáticas escalonadas, que tienen lugar sin oxígeno y reciben en conjunto el nombre de glucólisis. En condiciones aerobias el piruvato se oxida a acetil-coenzima A y CO2; en condiciones anaerobias, se reduce a lactato o en la fermentación alcohólica, en etanol y CO2.

Por lo anterior se dice que no todas las bacterias o microorganismos metabolizan el mismo sustrato de la misma manera.

• Si el potencial redox de una fuente de energía es más alto que para NAD o NADP, es imposible, para su oxidación, que sea directamente acoplado a la reducción de NADP. Para evitar esta dificultad todos los organismos regeneran a los piridinanucleótidos reducidos por un proceso (flujo reverso de electrones), en donde los electrones fluyen a NAD o NADP con el agotamiento de ATP, es decir, la ATP se gasta para conducir los electrones al potencial al cual son aceptados por NAD o NADP reducidos.