BIOENERGÉTICA

MIRIAM SARAÍ PADILLA SANDOVAL

BIOENERGÉTICA

• Es la disciplina científica que estudia en los seres vivos, todo lo relativo a las transformaciones de la energía, su transferencia y los mecanismos reguladores implicados en esta transferencia

• La bioenergética o termodinámica bioquímica es el estudio de los cambios de energía que ocurren en las reacciones bioquímicas

• Bioenergética es el estudio cuantitativo de la transducción de energía que ocurre en las células

• La bioenergética constituye uno de los principales blancos temáticos de la Fisiologia, siendo esencialmente dedicada al estudio de varios procesos químicos que tornan posible la vida celular desde el punto de vista energético.

• Procura explicar los principales procesos químicos que lleva a cabo la célula para mantener la homeostasis en todo el cuerpo

• La bioenergética describe la transferencia y utilización de la energía en los sistemas biológicos, utilizando las ideas básicas de la termodinámica, particularmente el concepto de energía libre. es un conjunto de órganos y

estructuras similares que trabajan en conjunto para

cumplir alguna función fisiológica en un ser vivo.

• Se encarga del estudio de los procesos de absorción, transformación y entrega de energía en los sistemas biológicos.

• Un objetivo general de la Bioenergética, es predecir si ciertos procesos son posibles o no

DIFERENCIARÁ LOS PRINCIPIOS DE LA TERMODINÁMICA

APLICADA A LOS SERES VIVOS.

Karla Cazarez Gallegos

TERMODINÁMICA.

• Es una importante rama de la física que estudia las relaciones entre el calor y las demás formas de energía.

• Estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas físicos a un nivel macroscópico.

PRINCIPIOS DE LA TERMODINÁMICA.

• Ley cero de la termodinámica o principio del equilibrio termodinámico:

Permite definir la temperatura como una propiedad.

• Primera ley de la termodinámica o principio de la conservación de la energía:

Define el concepto de energía como magnitud conservativa.

• Segunda ley de la termodinámica:

Define la entropía como magnitud no conservativa, una medida de la dirección de los

procesos.

• Tercera ley de la termodinámica:

Postula algunas propiedades en el cero absoluto de temperatura.

TERMODINAMICA BIOLOGICA

• Los fenómenos que se producen en un organismo viviente, destinados a un fin especifico (por ejemplo, oxidación de las grasas), constan de una serie de reacciones que se suceden una tras otras, a una cierta temperatura, y a esta serie de reacciones se denomina cadena.

PRODUCCIÓN DE CALOR EN ANIMALES HOMOTERMOS

• Las sustancias diariamente ingeridas como alimentos sufren una serie de transformaciones en el organismo (metabolismo), degradándose y entregando su energía en forma de calor y trabajo mecánico.

• Es la energía adicional utilizada por el organismo para tratar enfermedades o problemas.

INJURIA.

EL METABOLISMO BASAL.

Es el consumo energético necesario para mantener las funciones vitales y la temperatura corporal del organismo.

TRABAJO MUSCULAR O FACTOR DE ACTIVIDAD.

Es el gasto energético necesario para el desarrollo de las diferentes actividades. En una persona moderadamente activa representa del 15% al 30% de las necesidades totales de la energía .

BIOENERGÉTICA

Diferenciará:•Lo que es entropía.•Reacciones endergónicas y exergónicas.•Reacciones endotérmicas y exotérmicas.

Manuel Alejandro Morales Manzo.

¿Qué es entropía?

• En todos los casos la entropía se concibe como una "medida del desorden" o la "peculiaridad de ciertas combinaciones".

• La entropía puede ser considerada como una medida de la incertidumbre y de la información necesarias para, en cualquier proceso, poder acotar, reducir o eliminar la incertidumbre.

• El concepto de entropía es usado en termodinámica, mecánica estadística y teoría de la información.

¿Qué es entropía?

• Todo proceso espontáneo implica un aumento de entropía del universo.

• Todo proceso espontáneo implica dispersión de energía hacía una forma más desordenada.

• Todo proceso espontáneo es irreversible.

¿Qué es entropía?

• La energía del universo es constante, la entropía aumenta hacía un máximo.

• La entropía de un sistema aislado aumenta en un proceso irreversible y permanece constante en un proceso reversible. La entropía nunca disminuye.

¿Qué es entropía?

• Es imposible transferir calor de un cuerpo de menor temperatura a un cuerpo de mayor temperatura , sin invertir trabajo en el proceso.

• En procesos espontáneos hay aumento del desorden. Para disminuir el desorden(crear orden) es necesario efectuar trabajo.

Espontáneo

No Espontáneo

Ejemplos de entropía• 1) Hay entropía al fundir un cubo de hielo.

El orden que guardaba la estructura cristalina del hielo se pierde o desordena al pasar a la fase líquida. La entropía es un grado de desorden.

• 2.- Hay entropía en la caída de agua de una cascada.

La entropía esta presente en todo evento natural, la cascada no puede caer espontáneamente hacia arriba.

• 3.- Si consideras que la humanidad es un sistema, hay entropía en ella, por ejemplo, en época de elecciones para presidente de la república, hay un gran desorden provocado por el anuncio y el propio proceso de elección. Este también es un fenómeno natural y por tanto existe entropía en él. La entropía tiende siempre a aumentar en todo proceso espontáneo.

Desorden

Espontaneidad

Probabilidad

Irreversibilidad

Entropía

REACCIONES QUÍMICAS

• ¿A qué se denomina combustión?

• Al acercar un fosforo encendido a una hoja de papel, este comienza a arder y se libera calor formando nuevas sustancias. Esta reaccione química se denomina combustión.

• Y resulta de la combinación de un material combustible.

REACTIVOS Y PRODUCTOS

• Las sustancias que hay antes de producirse el cambio y que desaparecen.

• Las sustancias que hay después de producirse el cambio y que aparecen o se generan.

REACCION QUIMICA

• Para que se produzca una reacción es necesario que los iones en el caso de tratarse de sustancias iónicas o las moléculas que forman los reactivos choquen entre si o colisionen.

ENERGIA DE ACTIVACION

• Para que las moléculas colisionen es necesario proporcionar cierta energía de activación, en general a través de una chispa o del fuego.

VELOCIDAD DE UNA REACCION

• Puede entenderse como el cambio en la cantidad de productos o de reactivos por unidad de tiempo.

¿REACCIÓN EXERGÓNICA Y ENDERGÓNICA?

• En las reacciones químicas siempre participa la energía.

• En los casos que esta es liberada, la reaccion es exergónica y en los que es absorbida se conoce como reaccion endergónica.

REACCION EXERGÓNICA Y ENDERGÓNICA

• Cada célula desarrolla miles de reacciones químicas que pueden ser:-exergónicas (con liberación de energía) -endergónicas (con consumo de energía), que en su conjunto constituyen el metabolismo celular:

• Las reacciones endergónicas se manifiestan durante los procesos anabólicos; de manera que, requieren que se le añada energía a los reactivos (sustratos o combustibles metabólicos).

* Fotosíntesis

• Las reacciones exergónicas se libera energía como resultado de los procesos químicos (el catabolismo de macromoléculas). La energía libre se encuentra en un estado organizado, disponible para trabajo biológico útil.

* Envejecimiento celular.•

Las reacciones endergónicas se llevan a cabo con la energía liberada por las reacciones exergónicas.

REACCIONES EXOTERMICAS

• Si la energía considerada es el calor, las reacciones que lo liberan se denominan exotérmicas.

REACCIONES ENDOTERMICAS

• Las reacciones que precisan recibir calor para producirse, reciben el nombre de reacciones endotérmicas.

• Una reaccion endotérmica es aquella reaccion que toma energía del medio para poder ocurrir, en particular toma energía térmica del medio para poder ocurrir, estas reacciones se ven favorecidas al aplicarles calor, de otra manera serian muy lentas o no ocurrirían.

Energía libre de Gibbs

Diana Isabel Vega Alfaro.

Energía libre de Gibbs

• Medida de la capacidad del sistema para efectuar trabajo útil, cuando G > 0 `(+)

• El trabajo es del exterior hacia el sistema.• H< 0= reacciones exotérmicas (-)• H> 0= reacciones endotérmicas(+)• H< 0= reacciones espontaneas exergónicas(-)• H> 0= reacciones no espontaneas (+)

endergónicas

Ecuación

G = H-TSDonde:• H es el contenido energético o entalpía • T es la temperatura absoluta• S es la entropía• G la llamada energía libre de Gibbs.

• La variación de G es la que determina el carácter espontáneo de una reacción química. En todos los procesos espontáneos la energía libre del sistema disminuye, es decir, el valor final de G es menor que el inicial y, por tanto, G es negativa.

• tal disminución (G<0) podrá ser debida a una disminución del contenido energético H (H<0), a un aumento del desorden (S>0) o a ambos.

• El resultado final de ese balance entre energía y desorden es entonces el responsable de la espontaneidad de la reacción. Si T·S es mayor que H aunque el proceso sea endotérmico (H>0) será espontáneo (G<0).

• Toda reacción exotérmica (H<0) en la que tenga lugar un aumento de entropía (S>0) es espontánea (G<0). La reacción de descomposición del agua oxigenada constituye un ejemplo:

• 2 H2O2 (g; 1 atm) 2 H2O (g; 1 atm) + O2 (g; 1 atm) + 211 kJ

• En este proceso aumenta el número de partículas (a igualdad de estado gaseoso de reactivos y productos) por lo que aumenta el desorden; pero además, desprende calor (H<0). Ambas circunstancias contribuyen a que la energía libre disminuya y así, el proceso tiene lugar espontáneamente.

• Un aumento de temperatura no favorece la reacción ya que al aumentar la temperatura el segundo término se hace más positivo y por tanto G resulta menos negativo.

neguentropia

• El concepto de “entropía negativa” fue introducido por Erwin Schrödinger (físico teórico, y uno de los padres de la mecánica cuántica) en su libro de ciencia popular what is life?, publicado en 1943.

• Léon Brillouin cambio la palabra a neguentropía, para expresarla en una forma mucho más “positiva”, diciendo que un sistema vivo importa neguentropía y la almacena.

• En 1974, Albert SzentGyörgyi (Nobel de Fisiología Médica en 1937) propuso cambiar el término de neguentropia a sintropia, aunque este último ya había sido usado por el matemático Luigi Fantappiè, quien lo usó con el fin de construir una teoría unificando la física y la biología.

• Buckminster Fuller, ingeniero, arquitecto y diseñador del siglo XX, trato de hacer popular este término, pero la palabra neguentropía siempre permaneció como la común.

• La neguentropía se puede definir como la tendencia natural de que un sistema se modifique según su estructura y se plasme en los niveles que poseen los subsistemas dentro del mismo. Por ejemplo: las plantas y su fruto, ya que dependen los dos para lograr el método de neguentropía.

• se refiere a la energía que el sistema importa del ambiente para mantener su organización y sobrevivir.

• el porque los seres vivos limitan el proceso de entropia momentanea

• Y el porqe los seres vivos limitan el proceso de entropia momentanea (neguentropia)

• se puede considerar la Neguentropía como un mecanismo auto-regulador con capacidad de sustentabilidad, es decir con una capacidad y un poder inherente de la energía de manifestarse como desee de incontables formas y maneras.

• La neguentropía busca la subsistencia del sistema para lo cual usa mecanismos que ordenen, equilibren, o controlen el caos. Mecanismo por el cual el sistema pretende subsistir y busca estabilizarse ante una situación caótica.

LEY DE HESS

SUMA DE CALORES

Germain Henri Hess

(8 de agosto de 1802 - 30 de noviembre de 1850) fue un químico y médico suizo, uno de los primeros en principios de la termoquímica.En su trabajo más conocido, publicado en 1840, presenta su ley de la termoquímica, la cual lleva su nombre: ley de Hess.

La Ley de Hess establece que:

• “si una serie de reactivos (por ej. A y B) reaccionan para dar una serie de productos (por ej. C y D), la cantidad de calor involucrado (liberado o absorbido), es siempre la misma, independientemente de si la reacción se lleva a cabo en una, dos o más etapas; siempre y cuando, las condiciones de presión y temperatura de las diferentes etapas sean las mismas”.

Sencillamente:

• No importa si el proceso que inicia con los reactivos A y B para generar los productos C y D, se realiza en una etapa:

A+B C+D (∆H°Rx)

∆H = La variación de entalpía

• En 2 etapas seria:

A+B E+F (∆H°Rx) 1

E+F C+D (∆H°Rx) 2

A+B C+D (∆H°Rx) = (∆H°Rx) 1 + (∆H°Rx) 2

EN 3 ETAPAS:

A+B E+F (∆H°Rx) 1

E+F G+H (∆H°Rx) 2

G+H C+D (∆H°Rx) 3 .

A+B C+D (∆H°Rx) = (∆H°Rx)1+(∆H°Rx)2+(∆H°Rx)3

el carbono en forma de grafito puede oxidarse hasta dióxido (1) o monóxido (2) de carbono, por otro lado, el monóxido de carbono puede oxidarse hasta dióxido (3). Como se ve a continuación, la suma de las entalpías de la reacción en dos pasos (2)+(3) es igual a la entalpía de la reacción en un paso (1):

EJEMPLO:

Ejemplo:

Calcular el calor de formación del CO (g) a partir de los calores de formación del CO2 (g) y el de la combustión del CO (g) para dar CO2 (g).

CO (g) + 1/2 O2 (g) CO2 (g) ∆H°= -67.63 Kcal/mol C (g) + O2 (g) CO2 (g) ∆H°= -94.05 Kcal/mol C (g) + O2 (g) CO2 (g) ∆H°=

R= - 26,42Kcal/mol