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Bioenergética
y el metabolismo
de carbohidratos y lípidos

n

11

C

Bioenergética:
la función del atp
Kathleen M. Botham, PhD, DSc y Peter A. Mayes, PhD, DSc
O b j e t i v O s
Después de estudiar
este capítulo, usted debe
ser capaz de:

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p

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Enunciar la primera y segunda leyes de latermodinámica, y entender cómo
se aplican a sistemas biológicos.
Explicar qué significan los términos energía libre, entropía, entalpía, exergónico
y endergónico.
apreciar cómo las reacciones que son endergónicas pueden ser impulsadas por
acoplamiento a las que son exergónicas en sistemas biológicos.
Entender el papel de fosfatos de alta energía, atp y otros nucleótido trifosfatos en
la transferencia deenergía libre desde procesos exergónicos hacia endergónicos,
lo que les permite actuar como la “moneda de energía” de las células.

ImportancIa bIomédIca
La bioenergética, o termodinámica bioquímica, es el estudio de
los cambios de energía que acompañan a reacciones bioquími­
cas. Los sistemas biológicos son, en esencia, isotérmicos, y usan
energía química para impulsar procesos vivos. Elmodo en que
un animal obtiene combustible idóneo a partir de sus alimentos
para proporcionar esta energía es básico para el entendimiento
de la nutrición y el metabolismo normales. La muerte por inanición ocurre cuando se agotan las reservas de energía disponibles,
y ciertas formas de malnutrición se relacionan con desequilibrio
de energía (marasmo). Las hormonas tiroideas controlan el ín­dice de liberación de energía (índice metabólico) y sobreviene
enfermedad cuando funcionan mal. El almacenamiento excesi­
vo de energía excedente causa obesidad, misma que es cada vez
más común en la sociedad occidental, padecimiento que predis­
pone a muchas enfermedades, como enfermedad cardiovascular
y diabetes mellitus tipo 2, además de que disminuye la esperanza
de vida del individuo.La energía LIbre es La
energía útIL en un sIstema
El cambio de energía libre de Gibbs (ΔG) es la porción del cam­
bio de energía total en un sistema que está disponible para des­
empeñar trabajo, es decir, la energía útil, también conocida
como el potencial químico.

Los sistemas biológicos
se conforman a las leyes
generales de la termodinámica
La primera ley de la termodinámicaestablece que la energía
total de un sistema, incluso sus alrededores, permanece
constante. Eso implica que dentro del sistema total, la energía
no se pierde ni se gana durante cambio alguno; sin embargo, sí
se puede transferir de una porción del sistema a otra, o trans­
formarse en otra forma de energía. En sistemas vivos, la energía

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secciónii

Bioenergética y el metabolismo de carbohidratos y lípidos

A

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ni

D

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Energía
química

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gó

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de

En

∆G = ∆H − T∆S

donde ΔH es el cambio de la entalpía (calor) y T es la tempera­
tura absoluta.
En reacciones bioquímicas, dado que ΔH es aproximada­
mente igual a ΔE, el cambio total de energía interna de la reac­
ción, la relación anteriorpuede expresarse como sigue:

Calor

Ex

química se transforma en calor o en energías eléctrica, radiante
o mecánica.
La segunda ley de la termodinámica establece que para que
un proceso ocurra de manera espontánea, es necesario que la
entropía total de un sistema aumente. La entropía es la exten­
sión de trastorno o de aleatoriedad del sistema y alcanza su pun­
to máximo conforme lograel equilibrio. En condiciones de
temperatura y presión constantes, el vínculo entre el cambio
de energía libre (ΔG) de un sistema que está reaccionando y el
cambio de entropía (ΔS) se expresa por medio de la ecuación
que sigue, que combina las dos leyes de la termodinámica:

Energía libre

110

C

B
A+C

FIgura 11–1

endergónica.

B + D + Calor

Acoplamiento de una reacción...