2. OBJETIVOS
Estudiar el flujo de energía en la biosfera.
Conocer la importancia de las
transformaciones energéticas que ocurren en
los organismos vivos.
3. BIOENERGÉTICA
Rama de la termodinámica que estudia los
cambios de energía que ocurren en las
reacciones bioquímicas
“TERMODINÁMICA BIOQUÍMICA”
4. Redes alimenticias
Organismos vivos
Según obtienen su energía
Autótrofos Heterótrofos
• Utilizan CO2 • Dependen de otros
• Fotosintéticos • No pueden utilizar CO2
• Fuente de C: otros
5. Plantas, algas y algunas bacterias captan y utilizan la
energía de la luz solar → transforman materia inorgánica
→ materia orgánica → crecimiento y desarrollo.
6. El flujo de energía en la Biosfera
El Ciclo del carbono
8. Energía
“Constituyente básico del universo”
Capacidad para realizar trabajo
• Eléctrica
• Mecánica
• Química Interconvertibles
• Calorífica ↓
• Radiante Transducción de energía
• Nuclear
• Gravitatoria
9. Relación Materia-Energía
Ecuación Einstein:
E= mc2
Donde:
E= energía total (Kg.m2/s2)
m= masa (Kg)
C= velocidad de la luz
10. Energía Interna
Representa la energía molecular de un
sistema (energía de las moléculas, sus
interacciones, energía de protones, etc.).
Energía Libre
Cantidad de energía capaz de realizar
trabajo durante una reacción, a
temperatura y presión constante.
11. Energía Total
Suma de todas las formas de
energía de un sistema: la
suma de las energías
cinética, potencial e interna.
12. TRABAJO
Movimiento de objetos con el uso de fuerza
Trabajo celular: Maquinarias moleculares
Es una magnitud de la diferencia de energía que
manifiesta un cuerpo al pasar entre dos estados.
14. CALOR
El calor es una forma de energía asociada al
movimiento de los átomos, moléculas y otras
partículas que forman la materia.
Es transferido entre objetos El calor es la
transferencia de parte de la energía interna
(energía térmica) de un sistema a otro, a
diferente temperatura.
15. SISTEMA
Es la porción de universo formada por
partes organizadas que interactúan entre
sí e intercambian energía, información y
materia.
Existen tres tipos de sistemas:
-SISTEMAS AISLADOS
-SISTEMAS CERRADOS
-SISTEMAS ABIERTOS
ESTADO DE UN SISTEMA: es el conjunto
de propiedades que permiten definirlo
16. Sistema abierto
Es un sistema que intercambia energía y
materia con su entorno.
Sistema cerrado
Sólo intercambia energía con su entorno
Sistema aislado
No tiene ningún intercambio con el entorno.
17. ENTORNO
Es todo lo que rodea al sistema
SISTEMA + ENTORNO= UNIVERSO
18. LA TERMODINAMICA
Rama de la física que estudia la energía y
sus transformaciones
1era Ley de la termodinámica: Entalpía
2da Ley de la Termodinámica: Entropía
19. Primera ley de la termodinámica
“Conservación de la energía”
La energía no se crea ni se destruye. Se
conserva constante y puede interconvertirse,
es decir se transforma.
E entra − E sale = ΔE sistema
E=Q – w
Q= Calor hacia el sistema
w= Trabajo hecho por el sistema
E= energía interna
∆E= la variación entre el estado final y el
inicial. Es una función de estado
20. ENTALPIA. (H)
Calor contenido en el sistema reaccionante
Número y tipo de enlaces químicos en
reactantes y productos
∆H Medida del cambio de energía que ocurre
en un proceso a presión constante:
∆H= ∆E
Si el sistema es una reacción química la
entalpía es el calor de reacción a presión
constante
Libera calor: EXOTÉRMICA ( P<R) ∆H es (-)
Absorbe calor: ENDOTÈRMICA (P>R) ∆H es
21. 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 qué
velocidad se produce dicho proceso.
22. ENTROPÍA (S)
Expresión cuantitativa del desorden de
un sistema.
Ganancia de entropía (+): Productos
menos complejos y más desordenados que
reactantes.
“Los sistemas moleculares tienen una
tendencia hacia el máximo desorden”.
23. Entropía (S)
Baja entropía Alta entropía
Hielo a 0ºC Agua a 20ºC
Una molécula de La misma molécula de
proteína en su proteína en un entorno
conformación nativa desnaturalizante,
desplegada
24. Células y organismos vivos
↓
Sistemas abiertos
↓
Intercambian materia y energía
“entorno”
↓
NUNCA
EQUILIBRIO CON EL MEDIO AMBIENTE
26. Concepto de Equilibrio
Termodinámico
Un sistema se define como
termodinámicamente en equilibrio si
mantiene un equilibrio térmico,
mecánico, de fase y químico.
27. Para una reacción:
aA +bB ↔ cC + dD
La Keq = [C] c [D] d/ [A] a [B] b
Donde a, b, c y d= Nº de moléculas
[C] [D] [A] [B] = concentración molar
28. La energía libre de Gibbs (G)
Cantidad de energía capaz de realizar trabajo
durante una reacción, a temperatura y presión
constante.
∆G= Cambio de energía libre de Gibbs (G) que
ocurre cuando una reacción procede.
Liberación de energía: EXERGÓNICA (-)
Ganancia de energía libre: ENDERGÓNICA (+)
29. Condiciones estándares de presión y ºT
• ∆G= ∆H – T. ∆S
• ∆G es la diferencia de energía libre
• ∆H es la diferencia de entalpía
• ∆S es la diferencia de entropía
• T es la temperatura absoluta ( 25ºC ó
298 ºK)
30. La energía libre de Gibbs (G): Un
indicador de espontaneidad
Una nueva forma de enunciar la segunda ley (la
más importante para nuestros fines) sería:
“Dado un sistema abierto, el criterio para que un
proceso sea espontáneo a P y T constantes, es
que ∆G sea negativo".
∆G < 0: El proceso es exergónico (espontáneo)
∆G > 0: El proceso es endergónico (desfavorable)
En el equilibrio, ∆G= 0
31. Cambio de energía libre estándar (∆Gº)
Fuerza que conduce el sistema hacia
el equilibrio
Tº= 298ºK ó 25ºC ºK= 273 +ºC
[R]= [P]= 1M
Presión de gases = 1 atm (mmHg)
32. Cambio de energía libre estándar a pH 7,0
(∆Gº')
∆Gº‘= - RT ln K'eq
R= 8,315 J/molxºK
∆Gº‘ se relaciona (exponencial) con
la K'eq:
K'eq = 1 ∆Gº‘ = 1
K'eq > 1 ∆Gº‘ = (-)
K'eq <1 ∆Gº‘ = (+)
33. Diferencias entre ∆G y ∆Gº'
∆G ∆Gº'
• Cambio de energía • Cambio de energía
libre libre estándar
• Cambiante, • Constante para una
depende de R, P y dada reacción
ºT
34. Reacciones acopladas
Reacción termodinámicamente
desfavorable (endergónica) puede ser
conducida hacia la dirección
“favorable”
Para que la reacción se produzca, esta
debe acoplarse a una reacción altamente
exergónica a través de un intermediario
común
35. Principio de máxima economía
La velocidad de biosíntesis de los
componentes celulares se ajusta a las
necesidades inmediatas.
Es el principio de la máxima economía el
que preside todos los aspectos del
metabolismo
36. ∆G = ∆Gº' + RT Ln Keq
En dos reacciones secuenciales :
∆Gº' total= ∆Gº'1 + ∆Gº'2
37. Principio del intermediario común
Reacción termodinámicamte desfavorable (∆Gº‘ +)
↓
Acoplarse a reacción
↓
altamente exergónica
↓
↓ “Intermediario común”
Dirección favorable (∆Gº‘ -)
38. Principio del intermediario común
Ejemplo:
1) Glucosa + Pi → Glucosa 6-P + H20 (∆Gº‘ +13,8 kj/mol)
2) ATP + H20 → ADP + Pi (∆Gº‘ -30,5 kj/mol)
_____________________________________________
Glucosa + ATP → Glucosa 6-P + ADP
∆Gº‘total = +13,8 kj/mol + (-30,5 kj/mol)
+13,8 kj/mol - 30,5 kj/mol)
∆Gº‘total = -16,7 kj/mol
La Keq total = Keq 1 X Keq 2
40. La energía del ATP
• Donada para procesos endergónicos.
• Síntesis de intermediarios metabólicos
• Transporte de sustancias a través de
membrana
• Movimiento mecánico.
41. La donación de la energía del ATP
Involcra:
Hidrólisis del enlace fosfoanhidro terminal:
ATP → ADP + Pi
ATP → AMP +2Pi
Es altamente exergónica (∆Gº‘ -30,5 kj/mol)
Altamente estable a la hidrólisis no
enzimática
Alta energía de activación
42. ∆G = ∆Gº‘
[ATP]= 2,25 M
[ADP]= 0,25 M
[Pi]= 1,65 M
∆Gº‘ -30,5 kj/mol
pH 7,0
25ºC (298ºK)
