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BIOENERGETICA La bioenergética o termodinámica bioquímica, es el estudio de los cambios energéticos que acompañan las reacciones bioquímicas. En ella se sustentan las bases que explican porqué algunas reacciones pueden ocurrir y otras no. Los sistemas no biológicos pueden utilizar energía calórica para realizar un trabajo, sin embargo, los sistemas biológicos son esencialmente isotérmicos y usanenergía química para sus procesos metabólicos. Los sistemas biológicos se comportan según las leyes generales de la termodinámica La primera ley dice que la energía total de un sistema y su entorno es constante. Esta es también la ley de conservación de energía, que implica que “nada se gana ni se pierde durante un proceso de cambio”. ΔE = Efinal - Einicial o también E= Q - W (calor - trabajo)Una cualidad importante de esta ecuación es que el cambio de energía de un sistema depende solo de los estados inicial y final y no del camino recorrido en el proceso de transformación. La segunda ley de la termodinámica establece que un proceso tiene lugar espontáneamente si aumenta la entropía total (ΔS) de un sistema y su entorno. La entropía representa por tanto el grado de desorden o azardel sistema y llega a ser máximo en un sistema cuanto más se acerca al equilibrio. (Δ Ssistema + ΔSentorno) > 0 Bajo condiciones de temperatura y presión constante, la relación entre el cambio de energía libre (ΔG) en el sistema de reacción y el cambio en entropía, está dada por la ecuación que combina las dos leyes de la termodinámica. ΔG = ΔH - TΔS Donde ΔH es el cambio de entalpía (calor) y Tes la temperatura absoluta (ºK). Por otro lado, el cambio de entalpía está definido como: ΔH = ΔE + PΔV En las reacciones bioquímicas el cambio de volumen es pequeño (tiende a cero), por lo que la razón de energía libre de Gibbs puede ser definida como: ΔG = ΔE - TΔS

De esta manera, si ΔG es negativo, la reacción procede espontáneamente, con la consiguiente pérdida de energía (reacciónexergónica). Si ΔG es positivo, la reacción procede solo si se aplica energía al sistema (reacción endergónica). Si ΔG es cero, el sistema está en equilibrio y no ocurre ningún cambio. Se define a ΔGº como el cambio de energía libre cuando la concentración de los reactantes es 1M. Sin embargo, las reacciones bioquímicas transcurren normalmente a pH 7.0, lo cual implica incorporar este factor pararepresentar el fenómeno en términos reales. Así, en una reacción bioquímica, la energía libre de Gibbs quedará denotada como: A+B ⇔C+D Keq = [C] * [D] [A] * [B]

ΔG = ΔGº` + RT ln Qeq Siendo ΔGº` la energía libre de Gibbs estándar a pH 7.0 Por último, cuando se tiene una serie secuencial de reacciones, la energía libre de Gibbs es aditiva. Esta relación es bastante útil cuando se requiere calcular elcambio de energía libre para reacciones metabólicas en secuencia. A+ B → C + D C +D → G + H A+ B → G + H ΔG1 ΔG2 ΔGtotal = ΔG1 + ΔG2

Fosfatos altamente energéticos tienen una función importante en la captura y transferencia de energía Para mantener los procesos biológicos, todos los organismos vivos deben obtener la energía libre de su medio ambiente. Los seres autótrofos obtienen su energíade procesos exergónicos simples, por ejemplo, las plantas obtienen energía de la luz y algunas bacterias utilizan la reducción de Fe3+ → Fe2+. Por otro lado, los organismos heterótrofos obtienen su energía por el rompimiento de grandes moléculas orgánicas (Fig. 1). De esta manera, se integran las distintas vías metabólicas, para optimizar el uso energético y reducir el gasto en exceso de energía. En estos procesos, la molécula adenosina trifosfato (ATP) cumple una función primordial, transfiriendo energía desde los procesos exergónicos a los endergónicos. Esta molécula de ATP tiene tres grupos fosfatos, dos de los cuales participan en el intercambio energético.

La hidrólisis del enlace fosfodiester libera 7.3 kcal/mol, energía considerada intermedia para aquellas moléculas...
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