BIOENERGÉTICABIOENERGÉTICA

Moril lo R. José G.

•La termodinámica es la ciencia que estudia la energía y sus transformaciones

•La bioenergética o termodinámica bioquímica es el estudio de los cambios de energía que ocurren en las reacciones bioquímicas

DEFINICIONESDEFINICIONES

La energía del universo es constante

La entropía del universo está aumentando

DEFINICIONESDEFINICIONES

SISTEMASISTEMA: Es la porción de universo que tomamos como objeto de estudio.

Existen tres tipos de sistemas:

•Sistemas Aislados•Sistemas Cerrados•Sistemas Abiertos

ESTADO DE UN SISTEMAESTADO DE UN SISTEMA: es el conjunto depropiedades que permiten definirlo (ej.: P, V, T)

SISTEMA + ENTORNO= UNIVERSO

DEFINICIONESDEFINICIONES

La suma de todas las formas de energía de un sistema se denomina energía totalenergía total, la cual es la suma de las energías cinética, potencial e interna.

La energía internaenergía interna representa la energía molecular de un sistema (energía de las moléculas, sus interacciones, energía de protones, etc.).

ENERGÍA TOTAL DE UN SISTEMAENERGÍA TOTAL DE UN SISTEMA

Un sistema se define como termodinámicamente en equilibrio si mantiene un equilibrio térmico, mecánico, de fase y químico.

CONCEPTO DE EQUILIBRIOCONCEPTO DE EQUILIBRIOTERMODINÁMICOTERMODINÁMICO

“Conservación de la EnergíaConservación de la Energía”La energía no se crea ni se destruye. Se conserva constante y puede interconvertirse.

E=q – w

•q es el calor hacia el sistema•w es el trabajo hecho por el sistema•E es la energía interna y•∆E es la variación entre el estado final y el inicial. Es una función de estado

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICAPRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

∆H representa la medida del cambio de energía que ocurre en un proceso a presión constante:

H= E + PV or ∆H= ∆E + P∆V

Cambio en Energía El cambio de entalpía depende únicamente del estado inicial y final de la reacción, por lo que constituye una función de estado. A volumen constante:

∆H= ∆E

Si el sistema es una reacción química la entalpía es el calor de reacción a presión constante

ENTALPIAENTALPIA

“Los procesos espontáneos tienden a Los procesos espontáneos tienden a aumentar laaumentar la entropía hasta un valor entropía hasta un valor máximomáximo”•La segunda ley provee criterios para determinar si un proceso se producirá o no pero no nos dice nada acerca de la velocidad del proceso La termodinámica permite predecir si un proceso ocurrirá espontáneamente

•La cinética química permite predecir a qué velocidad se produce dicho proceso.

La entropía es una medida del grado de desorden de un sistema.

Los sistemas moleculares tienen una tendencia hacia el máximo desorden.

La segunda ley se puede resumir como:

∆Ssistema + ∆Sentorno= ∆Suniverso>0 en todo proceso real

S=kln WS = EntropíaK = Constante de BoltzmannW = es el número de formas diferentes que se pueden encontrar los componentes del sistema

ENTROPÍA (S)ENTROPÍA (S)

ENTROPÍA (S)ENTROPÍA (S)

La tendencia al equilibrio es una consecuencia de la tendencia al aumento de la entropía. La entropía del universo NUNCA disminuye (i.e.,la transición de (c) a (b) no ocurre nunca espontáneamente)

LA ENERGÍA LIBRE DE GIBBS (G):LA ENERGÍA LIBRE DE GIBBS (G): UN UN INDICADOR DE INDICADOR DE ESPONTANEIDADESPONTANEIDAD

• Los sistemas biológicos son sistemas abiertos por lo cual se requiere una nueva función de estado que incluya tanto energía como entropía.

• La variación de energía libre de Gibbs (G) es la función de estado que mejor describe la segunda ley en estos sistemas..

∆∆GG es la diferencia de energía libre

∆∆HH es la diferencia de entalpía

∆∆SS es la diferencia de entropía

TT es la temperatura absoluta ( en ºK)

∆∆G= ∆HG= ∆H –– TT. . ∆S∆S

Conceptualmente podemos definir ∆∆GG como la fracción de variación total de energía que es capaz de efectuar trabajo a medida que el sistema tiende al equilibrio, a P y T constante.

∆∆G=G= -- w (w ( trabajo máximo)trabajo máximo)

Cuanto más alejado esté el sistema del equilibrio, más trabajo podrá realizar

Los sistemas vivientes se encuentran alejados del equilibrio para poder realizar trabajo

LA ENERGÍA LIBRE DE GIBBS (G): UN INDICADOR DE ESPONTANEIDAD

LA ENERGÍA LIBRE DE GIBBS (G):LA ENERGÍA LIBRE DE GIBBS (G): UN UN INDICADOR DE INDICADOR DE ESPONTANEIDADESPONTANEIDAD

Una nueva forma de enunciar la segunda ley (la más importante para nuestros fines) sería:

“Dado un sistema abierto, el criterio para que un proceso sea espontáneo a P y T constantes, es que ∆G sea negativo".

∆G < 0 Proceso exergónico

∆G > 0 Proceso endergónico

En el equilibrio, ∆G= 0

ENERGÍA LIBRE DE ACTIVACIÓNENERGÍA LIBRE DE ACTIVACIÓN

Una cantidad termodinámica (ej: .∆G, ∆H o ∆S) nos indica que una reacción es permitida, A B está “permitida”;

B A no es espontánea, a menos que se le acople otra reacción favorecida (ej: ATP ADP)

Sin embargo, para que la reacción se produzca, la energía neta debe descender (i.e., ∆G total debe ser negativa)

REACCIONES ACOPLADASREACCIONES ACOPLADAS