Bioenergía

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Los sistemas biológicos son en esencia isotérmicos y usan energía química para impulsar procesos biológicos.

La muerte por inanición ocurre cuando se agotan las reservas de energía disponible y ciertas formas de malnutrición se relacionan con desequilibrio de energía (marasmo)

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Las hormonas tiroideas controlan el índice de liberación de energía (índice metabólico).

El almacenamiento excesivo de energía excedente causa obesidad, padecimiento que predispone a muchas enfermedades, como enfermedad cardiovascular y diabetes mellitus tipo 2.

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Bioenergética. Rama de la termodinámica que estudia las transformaciones energéticas en los seres vivos. Útil en la determinación de la dirección y la cuantía a la que se producen las reacciones bioquímicas específicas.

Estas reacciones están influenciadas por tres factores:• Entalpía. Contenido total de calor• Entropía. Desorden• Energía libre. Energía disponible para realizar un trabajo

químico.

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La termodinámica trata de las transformaciones del calor y la energía.

Primera Ley de la Termodinámica. La cantidad total de energía del universo es constante. Ni se crea ni se destruye, solo se transforma.

Segunda Ley de la Termodinámica. El desorden del universo aumenta siempre. Todo proceso físico o químico solo se produce espontáneamente cuando aumenta el desorden.

Tercera Ley de la Termodinámica. Al acercarse la temperatura del un cristal sólido perfecto al cero absoluto, el desorden se aproxima a cero.

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Primer Ley de la Termodinámica

Segunda Ley de la Termodinámica

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Un recipiente que esta caliente tiende a enfriarse de manera espontanea, si nadie lo mantiene con calor.

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La Primera Ley se puede establecer de la siguiente forma.

DE= q + w

DE = variación de energía del sistema.

q = calor del entorno absorbido por el sistema.

w = trabajo realizado por el entorno sobre el sistema

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El término entalpía (H) esta relacionado con la energía interna, mediante la ecuación

H = E + PV

En los procesos bioquímicos, donde la presión y el volumen son constantes, la variación de entalpía (DH) son iguales al calor ganado o perdido por el sistema (DE = q).

DH = DE

Cuando DH es negativa (DH<0), la reacción desprende calor y se denomina exotérmico. Cuando DH es positiva (DH>0), se absorbe calor del entorno y ese proceso se llama endotérmico.

En los procesos isotérmicos (DH=0),

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Si se conoce la suma de los valores de DH para los reactantes y los productos de una ecuación química, puede calcularse la variación de entalpía de la reacción de acuerdo a la siguiente formula:

DH reacción = SDH productos – SDH reactantes.

Hf es la energía desprendida o absorbida cuando se forma un mol de una sustancia a partir de sus elementos más estables.

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Dados los valores siguientes de DH, se puede calcular la DH de la reacción.

6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2

1 Kcal. es la energía que se requiere para aumentar la temperatura de 1,000 g de agua 1 ºC.

1 julio (J) es una unidad de energía que esta sustituyendo a la caloría en el uso científico. Una caloría es igual a 4.184 julios.

Kcal/mol KJ/mol

C6H12O6-304.7 -1274.9

CO2-94.0 -393.3

H2O -68.4 -286.2

O20 0

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Cuando se producen cambios físico o químicos con liberación de energía se dice que estos cambio son espontáneos. Ejemplo: el hielo arriba de una temperatura de 0 ºC y la combustión de la gasolina.

Cuando se requiere un aporte constante de energía para mantener un cambio, se dice que se esta produciendo un proceso no espontáneo.

Ejemplo el hielo y la gasolina.

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La segunda Ley de la Termodinámica, establece que todos los procesos espontáneos se producen en la dirección que incrementa el desorden total del universo.

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El grado de desorden de un sistema se mide por la función de estado denominada entropía (S). Cuando mas desordenado esta un sistema, mayor es el valor de su entropía. La variación de entropía del Universo es positiva para todos los procesos espontáneos.

DS univ. = DS sist. + DS ent

Las células no incrementan su desorden interno cuando consumen o metabolizan los nutrientes. En cambio el entorno del organismo aumenta su entropía.

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Para predecir si un proceso es espontaneo se debe conocer el signo de DS univ. Si el valor es positivo, el proceso es espontáneo; Si es negativo no se produce el proceso, sino que tiene lugar el proceso inverso. El proceso opuesto es espontaneo. Si es igual a cero, no tiende a producirse ningún proceso.

Los organismos que están en equilibrio con su entorno están muertos.

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ENERGIA LIBRE DE GIBBS: DG = DH + TDS sis.

La variación de la energía libre es negativa cuando DS univ es negativa, lo que refleja una reacción espontánea, que se dice que es exergónica. Si DG es positiva se dice que el proceso es endergónico (no espontáneo). Cuando DG es cero, el proceso se encuentra en equilibrio.

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La hidrólisis de la adenosina Trifosfato (ATP) proporciona de forma inmediata y directa la energía libre para impulsar una variedad inmensa de reacciones bioquímicas endergónicas.

1. La biosíntesis de macromoléculas.

2. El transporte activo de sustancias a través de las membranas celulares; y

3. El trabajo mecánico, como la contracción muscular.

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