termodinamica y bioenergetica

Termodinámica y Bioenergética
Y. Demirel un , , ,
SI Sandler b
una Ciencia e Ingeniería, Winona State University, 203A Stark Hall, Winona, MN 55987, EE.UU.
b Centro de Termodinámica e Ingeniería Molecular, Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Delaware, Newark, DE 19716, EE.UU.
Abstracto
Bioenergética se ocupa de la conservación de la energía y los procesos de conversiónen una célula viva, especialmente en la membrana interna de la mitocondria. Esta revisión resume el papel de la termodinámica en la comprensión del acoplamiento entre las reacciones químicas y el transporte de sustancias en bioenergética. Termodinámica tiene las ventajas de identificar posibles vías, proporcionando una medida de la eficiencia de conversión de energía, y del acoplamiento entre losdiversos procesos sin necesidad de un conocimiento detallado de los mecanismos subyacentes. En las últimas cinco décadas, varios nuevos enfoques en la termodinámica, la termodinámica de no equilibrio y la termodinámica de la red han sido desarrollados para entender los procesos de transporte y la frecuencia en los sistemas físicos y biológicos. Para sistemas que no lejos del equilibrio de lateoría lineal de no equilibrio termodinámica se utiliza, mientras prolongados de no equilibrio termodinámica se utiliza para sistemas lejos del equilibrio. Todos estos métodos se basan en el carácter irreversible de los flujos y las fuerzas de un sistema abierto. Aquí lineales de equilibrio termodinámica no se discute principalmente, ya que es el más avanzado. También revisamos los intentos deincorporar los mecanismos de un proceso en algunas formulaciones de la termodinámica de no equilibrio. La formulación de los lineales de no equilibrio termodinámica para el transporte facilitado y transporte activo, que representan los procesos clave de los fenómenos acoplados de transporte y reacciones químicas, también se presenta. El propósito de esta revisión es presentar una visión general de laaplicación de la termodinámica de no equilibrio a la bioenergética, e introducir los métodos básicos y ecuaciones que se utilizan. Sin embargo, el lector tendrá que consultar la referencia bibliográfica para ver los detalles de las aplicaciones específicas.
Palabras clave
De no equilibrio termodinámica ; Bioenergética ; Acoplamiento ; Regulaciones termodinámicas ; El transporte activo1. Introducción
Se cree que un sistema desarrollado y adaptado biológica convierte la energía de la manera más eficaz para el transporte de sustancias a través de una membrana celular, la síntesis y ensamblaje de las proteínas, y la contracción muscular. En este proceso, la fuente de energía es el trifosfato de adenosina (ATP), que ha sido producido por la fosforilación oxidativa (OP) en la membrana interna dela mitocondria. Este es un proceso de acoplamiento de la membrana. Termodinámica clásica analiza la interconversión de energía para los sistemas en equilibrio y proporciona un conjunto de desigualdades que describen la dirección del cambio. Sistemas pueden presentar dos tipos diferentes de comportamiento: (i) la tendencia hacia el máximo desorden, o (ii) la aparición espontánea de un alto grado deorganización en el espacio, el tiempo y / o función. Los mejores ejemplos de estos últimos son sistemas disipativos en condiciones de no equilibrio, como los sistemas vivos. Como los sistemas vivos crecen y se desarrollan, fuera de la energía es necesaria para las estructuras organizadas de la capacidad de reproducción y la supervivencia en condiciones cambiantes [1] . Para mantener un estado deorganización requiere una serie de reacciones metabólicas y procesos acoplados de transporte con mecanismos de control de la tasa y el tiempo de los procesos de la vida. Como Schrödinger propuso que estos procesos parecen estar en contradicción con la segunda ley de la termodinámica, que establece que una cantidad finita de organización se pueden obtener a costa de una mayor cantidad de...