2 Qué es la energía? Lo definimos como la capacidad para realizar un trabajo. ENERGÍA ELÉCTRICA ENERGÍA LUMÌMICA ENERGÍA EÓLICA ENERGÍA QUÍMICA (energía de los enlaces ENERGÌA POTENCIAL ENERGÌA CINÉTICA PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA: LA ENERGÍA NO SE CREA NI SE DESTRUYE, SE TRANSFORMA LA ENERGÍA TOTAL PERMANECE CONSTANTE

3 SISTEMAS LOS SERES VIVOS SOMOS SISTEMAS ABIERTOS Universo Sistema Un sistema abierto intercambia materia y energía con el entorno. Materia Energía Como la energía no se crea ni se destruye permanece constante en el universo

4 TERMODINÁMICA PRIMERA LEY La energía no puede ser creada ni destruida, sino que se convierte de una forma a otra. SEGUNDA LEY En toda conversión energética, la energía potencial (útil) del estado final siempre es menor que la energía potencial del estado inicial (siempre y cuando no se quite ni suministre energía extra al sistema que se estudia). Es decir que en toda transformación energética hay una “inevitable” pérdida de energía, por lo que los sistemas tienden a un estado menos organizado, de mayor desorden (mayor entropía). La Termodinámica es rama de la Física que estudia la energía y sus transformaciones.

5 TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS FOTOSÍNTESIS ENERGÍA LUMÍNICA CALOR ENERGÍA QUÍMICA Los productores transforman energía lumínica en energía química Cada transformación energética libera energía en forma de calor SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA: El calor (o entropía) del universo siempre aumenta Este concepto se vincula con el de energía útil para los seres vivos. Recordemos que el calor es una forma de energía NO UTIL para seres vivientes por lo tanto, considerando el sistema “seres vivos”, cada proceso metabólico transforma energía útil en no útil, incrementando el calor o entropía del universo.

6 En el proceso de combustión (oxidación) toda la energía química (enlaces covalentes de la glucosa, que compone la celulosa de la madera) se transforma en calor. ATP CALOR RESPIRACIÓN CELULAR DIGESTIÓN ENZIMAS Algunos ejemplos….. Cuando comemos almidón, también formado por glucosas, lo oxidamos en nuestras células. Parte de la energía original de la glucosa queda contenida en el ATP, mientras que otra parte se transforma en calor LOS PROCESOS METABÓLICOS PRODUCEN LA OXIDACIÒN DE COMPUESTOS DE MANERA CONTROLADA. ESTE CONTROL SE LLEVA A CABO POR ENZIMAS.

El árbol absorbe luz E radiante solar (E cinética) El árbol convierte la E luminosa en E potencial química almacenada en enlaces y la usa para producir hojas, ramas y frutos… La manzana, "llena" de E potencial química, cae al suelo, su E de posición (E potencial) se transforma en E cinética, la E del movimiento Cuando manzana golpea suelo, E cinética se transforma en calor (E calórica) y sonido (E acústica), etc. Flujo de la Energía Si alguien come la manzana, cuerpo transforma E química de manzana en movimiento muscular, reproducción, etc.

Flujo de la Energía Depende de: Cantidad de E inicialmente disponible Utilidad de la E Se rige por la leyes de la Termodinámica Leyes de la Termodinámica Describen las propiedades y el comportamiento de la Energía en los sistemas.

Fuentes de Energía El Sol proporciona el 99% de toda la energía utilizada por los seres vivos en la Tierra. Esta fluye a través de los ecosistemas, en procesos cíclicos de utilización y reciclaje.

HongosDescomponedores AutótrofosFotosintetizadores Herbívoro Consumidor 1º Depredador Consumidor 2º o 3º Depredador Consumidor 3º o 4º BacteriasDescomponedoras Elementos Básicos Herbívoro Consumidor 1º Insectívoro Consumidor 2º

Ninguna transformación de la energía es 100% eficiente. La energía se pierde principalmente en forma de luz y calor. El calor no puede ser almacenado en las células o en ninguna parte de los seres vivos. Pérdidas energéticas

Reacciones Químicas Reacciones Endergónicas y exergónicas Reacciones Acopladas Energía de activación

Ejemplo la Fotosíntesis: Glucosa brinda 3,75 kilocalorías por cada gramo Para que se lleven a cabo requieren de una aportación neta de energía proveniente del exterior. Reacciones endergónicas o no espontáneas Los productos tienen más E que los reactivos, los reactivos necesitan E para llevar a cabo la reacción

Ocurren sin ninguna intervención externa Generan energía libre (disponible para hacer trabajo) Reacciones exergónicas o espontáneas Reactivos tienen más E que los productos, se forman productos y se libera E La Respiración, utiliza la energía contenida en la glucosa para realizar un trabajo.

Sistemas Vivientes Las formas de vida son sistemas altamente organizados que requieren mucha energía para mantenerse, o sea es una lucha constante contra la entropía según la segunda ley de termodinámica. Si la mayoría de las reacciones en seres vivos son endergónicas. ¿Cómo logramos sobrevivir? Las células compensan su pérdida continua de energía empleando fuentes de energía externas.

Fotosíntesis Respiración (Mitocondrias) (Cloroplastos) Reacciones Acopladas Seres vivos utilizan reacciones exergónicas (proporcionan energía) para impulsar las reacciones endergónicas (requieren energía). Ambas reacciones ocurren en lugares distintos y la energía se transfiere mediante moléculas portadoras de energía, como el ATP para llevarla donde se necesita. La fotosíntesis (reacción endergónica en la planta) ocurre en el cloroplasto y la Respiración (exergónica) en la mitocondria.

Metabolismo La infinidad de reacciones químicas que ocurren dentro de las células, les permite crecer, moverse, mantenerse y autorrepararse, reproducirse y reaccionar a los estímulos, integran en forma global el proceso denominado metabolismo. Metabolismo: todas las transformaciones químicas y energéticas que ocurren en los organismos vivos.

Funciones del Metabolismo La digestión de los nutrientes de los alimentos permite: – Obtener energía química de uso inmediato (carbohidratos) – Generar reservas energéticas (carbohidratos y lípidos) La construcción de biocompuestos y estructuras propias: – Lípidos, proteínas, carbohidratos, enzimas, ADN, etc. – Crecimiento: Construir y renovar estructuras (células, tejidos, órganos, etc.). La eliminación de residuos tóxicos producidos por la actividad celular – Ácidos – Peróxido de hidrógeno La reproducción del organismo Mamíferos, la regulación de la temperatura del organismo.

19 Metabolismo Seres Vivos realizan METABOLISMO Intercambio de materia y energía con el medio ambiente implica CATABOLISMOANABOLISM O Conjunto de reacciones metabólicas de síntesis o fabricación de moléculas complejas a partir de moléculas más simples  Endergónicas Conjunto de reacciones metabólicas de degradación o ruptura de moléculas complejas en moléculas más simples  Exergónicas

Vías Metabólicas Anabolismo y Catabolismo

Anabolismo Síntesis o formación de biomoléculas más complejas a partir de otras moléculas más sencillas, con requerimiento de energía (reacciones endergónicas). Biosíntesis: Lípidos complejosLípidos complejos Carbohidratos complejosCarbohidratos complejos ProteínasProteínas Principal es la FotosíntesisPrincipal es la Fotosíntesis

Catabolismo Transformación de biomoléculas complejas en moléculas sencillas, para obtener energía en forma de ATP (reacciones exergónicas). Degradación: Lípidos complejos Carbohidratos complejos Proteínas Principal es la Respiración

Transporte de Energía: ATP Reacciones acopladas no necesitan ocurrir en el mismo lugar para trabajar juntas En células, la energía viaja también por medio de moléculas transportadoras El ATP es la principal molécula de alto contenido energético que conecta las reacciones productoras de energía con las que la necesita. Otras moléculas transportadoras: NAD y FAD Proceso de Fotosíntesis

Estructura de la molécula de ATP Trifosfato de adenosina o adenosín trifosfato Es un nucleótido que está formado por una base nitrogenada (adenina), unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en su carbono 5 tiene enlazados tres grupos fosfato. Se produce durante la fotosíntesis y la respiración celular, y es consumida por muchos enzimas y proteínas en numerosos procesos químicos para liberar energía. Su fórmula es C10 H16 N5 O13 P3. Enlaces de alta energía

¿Cómo produce energía el ATP? Rompiéndose el enlace fosfato En los procesos REDUCTIVOS se libera energía, cual es utilizada para el metabolismo: ATP > ADP + Pi (ΔG = -7.7 kcal/mol) Se liberan 7.7 kcal/mol)

Procesos donde participa el ATP Anabolismo – Biosíntesis de lípidos, carbohidratos, proteínas, enzimas, etc. Transporte activo a través de la membrana plasmática – Energía a proteínas integrales transportadoras Contracción muscular – Bomba de Sodio (Na + ) y Potasio (K + ) Transferencia genética y reproducción celular – Mitosis y meiosis