Bioenergetica

Capítulo VII
BIOENERGETICA

1. ENERGÍA LIBRE
El concepto de energía libre, también llamada “trabajo neto” o “ trabajo útil isotérmico” (llevado a cabo con la temperatura constante), fue propuesto independientemente por Gibbs y Helmholtz; ambos son Premio Nobel en 1961. Si conocemos los cambios en energía libre a temperatura y presión constante, (T(= cte.; P= cte.) podemos predecir siuna reacción química será o no espontánea.
“La energía libre es la energía útil, mientras que la entropía es la energía degradada”.
El símbolo G se usará para denotar la energía libre de Gibbs, aunque se use también el símbolo F, preferentemente en la literatura norteamericana
La definición de “Variación de la Energía Libre de Gibbs” ( G es:(G = (H – T (S (ecuación 1.1)
(G = es el cambio de la energía libre del sistema que se está estudiando.
(H = es el cambio de una función llamada entalpía o “el calor transferido entre el sistema en reacción” y el medio que lo rodea.
T = Temperatura absoluta del sistema (T ( C + 273 = 0 Kelvin).
(S = es el Cambio de entropía del sistema, es un término que expresa elgrado de desorden de un sistema.
( = Se refiere al valor final menos el valor inicial de una variable dada.
Los cambios de entalpía o cambios en el contenido calórico (H se definen de la siguiente manera:
( H = (E + ( PV (ecuación 1.2)
(E = Es el cambio en la energía total del sistema en estudio.
P = Presión del sistema
V =Volumen del sistema .
Para el caso de nuestros estudios de los sistemas biológicos, hemos de considerar que todas las reacciones químicas se llevan a cabo en solución acuosa diluida, en los cuales T, P y V son constantes o prácticamente sin variación aparente. Bajo estas condiciones el término (PV en la ecuación (1.2) es igual a cero y (H = (E. Sustituyendo en la ecuación (1.1) tenemos que:(G = (E - T (S o (E = ( G + T ( S
Lo que representa es que el cambio de energía total del sistema (E es la suma algebraica de T (S, que es siempre un valor positivo en cualquier proceso real y (G que es siempre negativo en cualquier proceso real.
Los cambios en la energía libre se pueden definir como aquella parte de los cambios en laenergía total que se utilizan para realizar un trabajo, a medida que el sistema procede hacia la condición de equilibrio a temperatura y presión constante. A medida que el sistema se acerca al equilibrio (G decrece al mínimo y se hace igual a cero.
2.- CAMBIOS EN LA ENERGÍA QUÍMICA STANDARD O TIPO DE LAS REACCIONES QUÍMICAS.
Para una reacción química reversible del siguiente tipo:a A + b B ( c C + d D (ecuación 2.1)
En donde a, b, c y d son los número de moles de A,B que son los reactantes; y C,D son los productos que participan en la reacción y que han sido obtenidos en el punto de equilibrio. Existe una constante que expresa el equilibrio químico alcanzado por el sistema, la llamada constante de equilibrio termodinámica que se puedeescribir de la manera siguiente:
K = (A)a x (B)b / (C)c x (D)d (ecuación 2.2)
(A), (B), (C) y (D) son las concentraciones molares de A, B, C y D. La constante de equilibrio debe ser una función matemática de los cambios de energía libre de los componentes de la reacción. El cambio de energía libre está dado por la ecuación:
(G = (Gº+ RT ln K (ecuación 2.3)
K = Constante de Equilibrio Químico.
R = la constante de los gases con el valor 1,987 (cal *mol-1 * 0K-1)
T = Temperatura absoluta expresada en grados Kelvin.
(Gº = Cambios en energía libre o standard.
ln = logaritmo en base e o logaritmo natural
Cuando se alcanza la condición de equilibrio (G = 0, entonces la ecuación (2.3) se...