EL HOMBRE COMO SISTEMA TERMODINÁMICO.

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1 EL HOMBRE COMO SISTEMA TERMODINÁMICO

2 SISTEMA TERMODINÁMICO

3 UNIVERSO SISTEMA ALREDEDORES

4 UNIVERSO ALREDEDORES SISTEMA

5 ABIERTOS Intercambian materia y energía con los alrededores
AISLADOS SISTEMAS CERRADOS ABIERTOS Intercambian materia y energía con los alrededores

6 SISTEMA TERMODINÁMICO

7 Se ocupa del intercambio entre las distintas formas de energía
TERMODINÁMICA Se ocupa del intercambio entre las distintas formas de energía

8 BIOENERGETICA Intercambios de energía de los seres vivos con su medio ambiente  Cambios de energía en las reacciones químicas y procesos fisicoquímicos de los seres vivos

9 SERES VIVOS Sistemas termodinámicos abiertos en estado estacionario
Máquinas químicas que operan a T y P constantes

10 Analogía entre seres vivos y otras máquinas

11 SERES VIVOS Sistemas termodinámicos abiertos en estado estacionario
Máquinas químicas que operan a T y P constantes

12 EQUILIBRIO QUÍMICO A B Las concentraciones se mantienen constantes en función del tiempo  No tienen posibilidad de efectuar trabajo

13 ESTADO ESTACIONARIO A B C
 Las velocidades de producción y degradación se igualan  Tienen capacidad de realizar trabajo

14 ENERGÍA INCORPORACIÓN UTILIZACIÓN DEGRADACIÓN

15

16 ENERGÍA UTILIZACIÓN DEGRADACIÓN
Energía solar Alimentos INCORPORACIÓN AUTOTROFOS HETEROTROFOS UTILIZACIÓN DEGRADACIÓN Aumento de ENTROPÍA CALOR DESECHOS

17 Otros : vitaminas, minerales
NUTRIENTES Hidratos de carbono Proteínas Aportan energía Lípidos Otros : vitaminas, minerales

18 METABOLISMO Suma de todas las transformaciones químicas que se producen en una célula u organismo Procesos en los cuales se obtiene y utiliza la energía

19 ESTUDIO DE PROCESOS DE COMBUSTIÓN
OXIDACIONES BIOLOGICAS Glucosa + O CO2 + H2O + calor ESTUDIO DE PROCESOS DE COMBUSTIÓN cámaras calorimétricas Liberación de calor Consumo de O2 Liberación de CO2

20 Calor de combustión de compuestos orgánicos
Calor liberado en organismos Calor de combustión (kJ/g) (kJ/g) Hidratos de carbono 17,6 17,1 C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O Grasas 39,7 38,3 C3H5O3(C4OH7) O2  15CO H2O Proteínas 17,1 23,8 2 C6H13O2N O2  12 CO H2O + N2 C6H13O2N+ 7.5 O2  5.5 CO H2O CO2(NH2)2

21 CALOR DE COMBUSTION DE ALIMENTOS
UTILIZACION DE LA ENERGIA METABOLISMO BASAL CALOR DE COMBUSTION DE ALIMENTOS TRABAJO MECANICO

22 METABOLISMO BASAL Energía necesaria para el desarrollo de las funciones vitales y el mantenimiento de la temperatura corporal. Condiciones para determinaciónFunciones reducidas al mínimo  reposo muscular (posición acostada)  ayuno previo de 12 h despierto y en reposo mental  condiciones ambientales que constituyan un microclima térmicamente neutro (20-24C para un individuo ligeramente vestido)

23 Producción de calor basal de diversas especies animales en relación a su peso corporal
elefante caballo hombre perro ganso conejo rata paloma ratón

24 RELACION DEL METABOLISMO BASAL CON LA SUPERFICIE CORPORAL
Metabolismo basal/día = S x 24 h x 167 kJ/m2 h

25 Producción calórica (J/h)
Producción calórica total de un hombre de 70 kg en diversas condiciones de actividad Condición Producción calórica (J/h) Durmiendo 272 Acostado 322 De pie 439 Caminando lento 837 Caminando ligero 1255 Corriendo 2385 Escribiendo a máquina 586 Trabajando en carpintería 1004

26 DU = q + w Primera Ley de la Termodinámica
En todo cambio la energía no se crea ni se destruye, se transforma. DU = q + w

27 El individuo mantiene su peso constante
Energía de alimentos Calor Trabajo Energía química Calor, trabajo El individuo mantiene su peso constante

28 INGESTA: Análisis de los alimentos
Contenido calórico (kJ/g) Total (kJ) 69 g proteínas 17,1 1180 76 g grasas 39,3 2987 300 g glúcidos 17,1 5130 9297 ENERGÍA LIBERADA: Calorimetría directa 9207 kJ/día

29 Crecimiento, embarazo Calor Trabajo Energía de alimentos
Energía química Energía química de sustancias de reserva Crecimiento, embarazo

30 Pérdida de peso Energía de alimentos Calor Trabajo Energía química
de sustancias de reserva Calor, Trabajo Pérdida de peso

31 Segunda Ley de la Termodinámica
Todo proceso espontáneo resulta en un incremento neto de entropía, o desorden, del sistema más sus alrededores S= función entropía dS = dq/T DSu = DSs + DSalr

32 Organismo vivo Los organismos vivos presentan un alto grado de orden
Nutrientes Organismo vivo Calor Aumento de Entropía Luz solar

33 Disminución de entropía Aumento de energía libre
CRECIMIENTO Célula Disminución de entropía Aumento de energía libre Alrededores Aumento de entropía Disminución de energía libre Aumento de entropía Disminución de energía libre Universo

34 Energía libre constante
ESTADO ESTACIONARIO Célula Entropía constante Energía libre constante Alrededores Aumento de entropía Disminución de energía libre Aumento de entropía Disminución de energía libre Universo

35 Disminución de energía libre
DEGRADACION Célula Aumento de entropía Disminución de energía libre Alrededores Entropía constante Energía libre constante Aumento de entropía Disminución de energía libre Universo

36 Sistema cerrado Sistema abierto Evoluciona hacia el equilibrio Estado estacionario No mantiene la vida Mantiene la vida

37 REACCIONES DE DEGRADACIÓN
CATABÓLICAS LIBERAN ENERGÍA REACCIONES DE SÍNTESIS ANABÓLICAS REQUIEREN ENERGÍA

38 ? COMO HACEN LOS SERES VIVOS PARA LLEVAR A CABO REACCIONES ANABÓLICAS Y PROCESOS QUE REQUIEREN ENERGÍA A TRAVES DE REACCIONES ACOPLADAS Elementos 1 Una reacción que libera energía 2 Una reacción que requiera energía 3 Un intermediario común

39 (Liberan energía libre) REACCIONES ENDERGÓNICAS
REACCIONES ACOPLADAS REACCIONES EXERGÓNICAS (Liberan energía libre) REACCIONES ENDERGÓNICAS (Requieren energía libre) ATP TRANSPORTADOR DE ENERGíA DESDE LOS PROCESOS CELULARES PRODUCTORES DE ENERGíA A LOS PROCESOS QUE REQUIEREN ENERGÍA

40 Utilización de la energía libre para realizar trabajo mecánico y químico

41 A + B C + D D + E F + G REACCIONES ACOPLADAS
PARA QUE DOS REACCIONES PUEDAN ACOPLARSE ES NECESARIO QUE TENGAN UN INTERMEDIARIO COMUN A + B C + D D + E F + G

42 Fosforilación de la glucosa acoplada a la hidrólisis del ATP
EJEMPLO Fosforilación de la glucosa acoplada a la hidrólisis del ATP DGº´(kJ mol-1) REACCION 1 ATP + H2O ADP + fosfato -30,9 Glucosa + fosfato Glucosa-6-P + H2O +16,7 REACCION 2 -14,2 ATP + glucosa Glucosa-6-P + ADP Una reacción que libere energía ( DG<O) REACCION 1 Elementos Una reacción que requiera energía (DG>O) REACCION 2 Un intermediario común fosfato

43 EFICIENCIA Eficiencia: energía producida rendimiento máximo
NO TODA LA ENERGIA LIBERADA EN UNA REACCION EXERGONICA PUEDE SER UTILIZADA PARA REALIZAR UNA REACCION ENDERGONICA EFICIENCIA Eficiencia: energía producida rendimiento máximo

44 Perfil de energía libre en la respiración aeróbica

45 Eficiencia Eficiencia: energía producida x 100 rendimiento máximo
C6H12O6 + 6 O ADP + 38 Pi 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O DG°´ = kJ mol-1 38 ADP Pi 38 ATP DG°´ = kJ mol-1 Eficiencia: energía producida x 100 rendimiento máximo | +1160| kJ mol-1 | | kJ mol-1 41% = =

46 El ATP como intermediario

47 Gracias