clase de bioenergetica con notas

U.T.I. Biología Celular

Bioenergética e
introducción al metabolismo

Departamento de Bioquímica
Noviembre de 2005

Definiciones

LA TERMODINAMICA ES LA CIENCIA QUE
ESTUDIA LA ENERGIA Y SUS TRANSFORMACIONES

LA BIOENERGETICA O TERMODINÁMICA
BIOQUÍMICA ES EL ESTUDIO DE LOS CAMBIOS DE
ENERGÍA QUE OCURREN EN LAS REACCIONES
BIOQUÍMICAS

Definiciones

LA ENERGÍA DEL UNIVERSO ES CONSTANTE
LA ENTROPÍADEL UNIVERSO ESTÁ AUMENTANDO

Definiciones
SISTEMA: Es la porción de universo que tomamos
como objeto de estudio. Existen tres tipos de
sistemas:
SISTEMAS AISLADOS
SISTEMAS CERRADOS
SISTEMAS ABIERTOS
ESTADO DE UN SISTEMA: es el conjunto de
propiedades que permiten definirlo (ej.: P, V, T)
SISTEMA + ENTORNO= UNIVERSO

Energía Total de un Sistema
La suma de todas las formas de energía de unsistema se denomina energía total, la cual es
la suma de las energías cinética, potencial e
interna.
La energía interna representa la energía
molecular de un sistema (energía de las
moléculas, sus interacciones, energía de
protones, etc.).

Energía Interna de un Sistema

Concepto de Equilibrio
Termodinámico

• Un sistema se define como termodinámicamente
en equilibrio si mantiene un equilibriotérmico,
mecánico, de fase y químico.

Primera ley de la termodinámica
“Conservación de la energía”
La energía no se crea ni se destruye. Se
conserva constante y puede interconvertirse.
∆E = q – w
q es el calor hacia el sistema
w es el trabajo hecho por el sistema
E es la energía interna y ∆E la variación entre el
estado final y el inicial. Es una función de estado

Entalpía
- ∆H representa la medidadel cambio de energía que
ocurre en un proceso a presión constante:
H = E + PV or ∆H = ∆E + P∆V
cambio en energía
El cambio de entalpía depende únicamente del estado
inicial y final de la reacción, por lo que constituye una
función de estado. A volumen constante:
∆H = ∆E
Si el sistema es una reacción química la entalpía es el
calor de reacción a presión constante

- ∆H > 0 Reacción endotérmica
-∆H < 0 Reacción exotérmica

Segunda ley de la termodinámica
‘Los procesos espontáneos tienden a aumentar la
entropía hasta un valor máximo’
La segunda ley provee criterios para determinar si
un proceso se producirá o no pero no nos dice nada
acerca de la velocidad del proceso
La termodinámica permite predecir si un proceso
ocurrirá espontáneamente
La cinética química permite predecir a quévelocidad
se produce dicho proceso

Entropía (S)
•La entropía es una medida del grado de desorden de un
sistema.
• Los sistemas moleculares tienen una tendencia hacia el
máximo desorden.
• La segunda ley se puede resumir como:
∆Ssistema + ∆Sentorno= ∆Suniverso>0 en todo proceso real
S = k ln W
•S= Entropía
•K= Constante de Boltzmann
•W= es el número de formas diferentes que se pueden
encontrar loscomponentes del sistema

Entropía (S)

Baja entropía

Alta entropía

•Hielo a 0ºC

•Agua a 0ºC

•Un diamante a 0ºK

•Un diamante a 106 ºK

•Una molécula de proteína
en su conformación nativa

•La misma molécula de
proteína en un entorno
desnaturalizante, desplegada

Diffusion as an entropy-driven
process

Sistema está en equilibrio
porque las moléculas se
distribuyen al azar

El sistema se aleja delequilibrio, y se
encuentra más
ordenado

El sistema vuelve al
equilibrio

La tendencia al equilibrio es una consecuencia de la
tendencia al aumento de la entropía. La entropía del
universo NUNCA disminuye (i.e.,la transición de (c) a (b)
no ocurre nunca espontáneamente)

La energía libre de Gibbs (G):
Un indicador de espontaneidad
• Los sistemas biológicos son sistemas abiertos
por lo cual serequiere una nueva función de
estado que incluya tanto energía como entropía.
• La variación de energía libre de Gibbs (G) es la
función de estado que mejor describe la segunda
ley en estos sistemas.

∆G = ∆ H - T ∆ S
(a T y P constantes)

∆ G es la diferencia de energía libre
∆ H es la diferencia de entalpía
∆ S es la diferencia de entropía
T es la temperatura absoluta (en K)

La energía libre...