Bioenergética

LA TERMODINAMICA ES LA CIENCIA QUE Definiciones LA TERMODINAMICA ES LA CIENCIA QUE ESTUDIA LA ENERGIA Y SUS TRANSFORMACIONES LA BIOENERGETICA O TERMODINÁMICA BIOQUÍMICA ES EL ESTUDIO DE LOS CAMBIOS DE ENERGÍA QUE OCURREN EN LAS REACCIONES BIOQUÍMICAS

LA ENERGÍA DEL UNIVERSO ES CONSTANTE Definiciones LA ENERGÍA DEL UNIVERSO ES CONSTANTE LA ENTROPÍA DEL UNIVERSO ESTÁ AUMENTANDO

ESTADO DE UN SISTEMA: es el conjunto de Definiciones SISTEMA: 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 SISTEMA: es el conjunto de propiedades que permiten definirlo (ej.: P, V, T) SISTEMA + ENTORNO= UNIVERSO

Energía Total de un Sistema La suma de todas las formas de energía de un sistema se denomina energía total, la cual es la suma de las energías cinética, potencial e interna. La energía interna representa la energía molecular de un sistema (energía de las moléculas, sus interacciones, energía de protones, etc.).

Energía Interna de un Sistema

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

Primera ley de la termodinámica Conservación 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- la variación entre el estado final y el inicial. Es una función de estado

ENTALPIA . ∆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

Segunda ley de la termodinámica ‘Los procesos espontáneos tienden a aumentar la entropía hasta un valor máximo’ 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

∆Ssistema + ∆Sentorno= ∆Suniverso>0 en todo proceso real Entropía (S) -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 W S= Entropía K= Constante de Boltzmann W= es el número de formas diferentes que se pueden encontrar los componentes del sistema

Entropía (S) Baja entropía Alta entropía •Hielo a 0ºC •Agua a 0ºC •Un diamante a 0ºK •Una molécula de proteína en su conformación nativa Alta entropía •Agua a 0ºC •Un diamante a 106 ºK •La misma molécula de proteína en un entorno desnaturalizante, desplegada

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): Un indicador de espontaneidad -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.. ∆G= ∆H – T. ∆S ∆G es la diferencia de energía libre ∆H- es la diferencia de entalpía ∆S- es la diferencia de entropía T- es la temperatura absoluta ( en K) (a T y P constante)

La energía libre de Gibbs (G): Un indicador de espontaneidad •Conceptualmente podemos definir ∆G 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= - w ( trabajo máximo) •Cuanto más alejado esté el sistema del equilibrio, más trabajo podrá realizar 1. Los sistemas vivientes se encuentran alejados del equilibrio para poder realizar trabajo

∆G < 0 Proceso exergónico ∆G > 0 Proceso endergónico La energía libre de Gibbs (G): Un indicador de espontaneidad •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 Activación

Reacciones acopladas 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)