1 a Celeghin, Adelina Termodinámica Aplicada a los seres vivos

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TERMODINAMICA APLICADA A LOS SERES VIVOS 
La Termodinámica es una ciencia macroscópica que estudia las relaciones entre las diferentes propiedades 
de un sistema en equilibrio y los cambios en las propiedades que ocurren en los procesos. 
Termodinámica (del griego “calor” y “potencia”), estudia el calor, que es energía en tránsito y el movimiento que 
esa energía provoca. 
En los seres vivos se desarrollan procesos complejos como la regulación de la temperatura corporal, 
constante intercambio de materia y energía, mantenimiento de diferentes equilibrios electrolíticos y pH 
sanguíneo, entre otros, que involucran conceptos termodinámicos. Para estudiar y entender las transformaciones 
energéticas que ocurren en los procesos biológicos, se desarrollarán los siguientes temas: 
• Sistemas materiales – Estados de la materia – Variables de estado 
• Propiedades y clasificación de los sistemas materiales 
• Formas de energía 
• Niveles tróficos para la obtención de energía 
• Flujo y transformación de energía en el mundo biológico 
• Energía – Energía interna (U) - Primera Ley de la Termodinámica 
• Calor y trabajo – Entalpía (H) 
• El ser vivo como sistema termodinámico 
• Balance de energía en los seres vivos 
• Termoquímica – Entalpías de reacción 
• Procesos espontáneos. Criterio 1– Segunda Ley de la Termodinámica – Entropía 
• Procesos espontáneos. Criterio 2 - Energía de Gibbs – Constante de equilibrio 
• Interpretación termodinámica del metabolismo animal 
• Interpretación termodinámica de las etapas de la vida 
• Reacciones de oxido-reducción – Redox biológicos 
 
1. Sistemas materiales – Estados de la materia – Variables de estado 
El mundo que nos rodea contiene objetos a los que denominamos cuerpos.El componente común a 
todos los cuerpos es la materia y distintos tipos de materiales forman los cuerpos. 
Los materiales pueden presentarse en tres estados físicos diferentes, constituyendo los estados de 
agregación de la materia: sólido, líquido y gaseoso. Y pueden pasar de un estado a otro mediante 
procesos físicos. 
El estado de la materia es la condición de como se presenta en la naturaleza. Cada estado queda 
definido por un conjunto de variables denominadas variables de estado, las que usualmente pueden 
ser observadas, medidas y cuantificadas fácilmente mediante un análisis matemático. 
 
Entre las principales variables de estado macroscópicas se pueden citar: 
a. La temperatura absoluta 
b. La presión 
c. El volumen 
 
 
La temperatura es una magnitud que caracteriza el grado de calentamiento 
expresa en grados centígrados (°C) en la escala Celsius, o grados Kelvin (K) en la escala de 
temperatura absoluta. 
La presión está considerada por la interacción de las moléculas 
superficie límite. Se expresa en bar, pascal, atm.
El volumen es el espacio tridimensional que ocupa 
 
Para poder realizar estudios físicos y/o químicos es útil definir la porción del univer
será objeto de estudio. 
En la Termodinámica, a la porción del u
porción de universo que queda fuera del sistema e 
ambiente o alrededor). De manera tal que: 
SISTEMA + ENTORNO = UNIVER
 
Podría decirse que un sistema 
una superficie, que pone el observador, real o imaginaria.
hay que tener en cuenta cual es el
dentro del sistema y que fuera. Para ello, deberá tener en cuenta que el sistema definido debe ser el 
más conveniente para describir en forma simple cualquier cambio de materia y/o ener
suceda. 
2. Clasificación y propiedades de los sistemas materiales
 Si en el sistema no hay intercambio de materia ni de energía, el sistema es 
sale materia pero si hay circulación de energía, entonces el sistema es 
encontramos sistemas que intercambia
estos sistemas son dinámicos, 
 Figura 1: Tipos de sistemas según el intercambio de materia y/o energía con el alrededor 
 
Podemos decir que, la termodinámica 
energéticos que acompañan a los procesos físicos y/o químicos, dentro de 
entre el sistema y su entorno, 
temperatura, presión y volumen. 
Nutrición – TD aplicada a SV – AGC 
es una magnitud que caracteriza el grado de calentamiento 
expresa en grados centígrados (°C) en la escala Celsius, o grados Kelvin (K) en la escala de 
está considerada por la interacción de las moléculas que constituyen la materia 
sa en bar, pascal, atm. 
es el espacio tridimensional que ocupa la materia. Se expresa en L, mL
Para poder realizar estudios físicos y/o químicos es útil definir la porción del univer
Termodinámica, a la porción del universo objeto de estudio se la define 
que queda fuera del sistema e interactúa con él se denomina 
De manera tal que: 
SISTEMA + ENTORNO = UNIVERSO TERMODINAMICO
sistema material es un conjunto de materia y energía, que está limitado por 
, que pone el observador, real o imaginaria.Por lo tanto, cuando se va a definir el sistema 
hay que tener en cuenta cual es el objetivo de estudio y luego definir los límites, que es lo que queda 
dentro del sistema y que fuera. Para ello, deberá tener en cuenta que el sistema definido debe ser el 
más conveniente para describir en forma simple cualquier cambio de materia y/o ener
 
Clasificación y propiedades de los sistemas materiales 
no hay intercambio de materia ni de energía, el sistema es 
sale materia pero si hay circulación de energía, entonces el sistema es cerrado
encontramos sistemas que intercambian materia y energía, son sistemas 
, porque las interacciones que ocurren provocan cambios en el tiempo. 
Figura 1: Tipos de sistemas según el intercambio de materia y/o energía con el alrededor 
termodinámica macroscópica o fenomenológica 
energéticos que acompañan a los procesos físicos y/o químicos, dentro de un determinado sistema, y 
entre el sistema y su entorno, por los efectos de los cambios en las magnitudes macroscópicas, 
temperatura, presión y volumen. Y predice la factibilidad de un proceso espontáneo. Como los 
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es una magnitud que caracteriza el grado de calentamiento de un cuerpo. Se 
expresa en grados centígrados (°C) en la escala Celsius, o grados Kelvin (K) en la escala de 
que constituyen la materia y la 
. Se expresa en L, mL, cm3, dm3, m3. 
Para poder realizar estudios físicos y/o químicos es útil definir la porción del universo material que 
define como sistema y a la 
con él se denomina entorno(medio 
SO TERMODINAMICO 
es un conjunto de materia y energía, que está limitado por 
uando se va a definir el sistema 
objetivo de estudio y luego definir los límites, que es lo que queda 
dentro del sistema y que fuera. Para ello, deberá tener en cuenta que el sistema definido debe ser el 
más conveniente para describir en forma simple cualquier cambio de materia y/o energía que en él 
no hay intercambio de materia ni de energía, el sistema es aislado. No entra ni 
cerrado. Pero en la naturaleza 
materia y energía, son sistemas abiertos (Fig.1). Además, 
que ocurren provocan cambios en el tiempo. 
 
Figura 1: Tipos de sistemas según el intercambio de materia y/o energía con el alrededor 
macroscópica o fenomenológica estudia los intercambios 
un determinado sistema, y 
las magnitudes macroscópicas, 
lidad de un proceso espontáneo. Como los 
Nutrición – TD aplicada a SV – AGC 3 
 
intercambios de energía ocurren entre sistema- entorno, el universo termodinámico es un sistema 
aislado. 
Además , las variables de estado o propiedades que permiten caracterizar el estado de un sistema, 
algunas no dependen de la cantidad de material del sistema en estudio y se las denomina propiedades 
intensivas, por ejem: T, P, el color del cabello, el color de los ojos. 
Las propiedades que dependen de la cantidad de material constituído, se denominan propiedades 
extensivas, por ejem: masa, volumen, energía. 
Pero, las magnitudes extensivas pueden convertirse en intensivas dividiendo por una magnitud que 
exprese la cantidad de sustancia, como es el número de moles o la masa en g o kg. Por ejem., 
 V/n = v (volumen molar) = m3/moles 
 V/kg = v (volumen específico) = m3/kg y es la magnitud inversa a la densidad. 
 
3. Formas de energía: 
Como se ha mencionado, los sistemas materiales además de materia poseen energía.La energía 
total de un sistema material puede manifestarse como: 
Energía mecánica: comprende 
 energía potencial es función de la posición del cuerpo y se debe a la fuerza de 
gravedad, 
 energía cinética asociada al movimiento del cuerpo 
Energía Interna: es la energía intrínseca de la materia. Comprende la energía cinética molecular, 
asociada al movimiento de los átomos y las moléculas. Este movimiento se llama agitación térmica y la 
variable que la define es la temperatura. Y la energía potencial molecular almacenada en las unidades 
estructurales de las sustancias. En una reacción química, se libera, se almacena en los enlaces de 
nuevas moléculas o se convierte en otras formas de energía. 
Las formas de energía mencionadas son convertibles unas en otras.Por lo tanto, la energía total de 
un sistema material es la suma de las energía mecánica e interna. 
Si analizamos el cambio de energía potencial del agua del río Iguazú, se puede decir que el agua en 
su caída provoca el movimiento de una turbina. Esa diferencia de energía potencial se transforma en 
energía de movimiento o energía cinética. Esta energía cinética se transforma en energía térmica por 
la fricción. 
Además si comparamos al ser vivo con otras máquinas, por ejem. cuando desde una batería, en 
donde se produce una reacción química que genera una corriente eléctrica, que alimenta a un motor 
conectado a unos engranajes y cuyo movimiento levantan un peso (Fig.2). Energía potencial que se 
transforma en energía cinética. 
Una máquina térmica requierede combustible y opera con diferencias de temperatura y su finalidad 
es convertir calor en trabajo; en cambio en el organismo vivo, la oxidación se realiza a temperatura 
constante. 
 
 Figura 2: analogía entre los seres vivos y otras máquinas
 
La transformación de energía, en la combustión como en la oxidación, 
moleculares. La diferencia está 
reacción se mantiene por sí hasta el consumo del reactivo limitante;
proceso lento y controlado, por lo que, la energía se transforma de acuerdo a los req
organismo. 
 
3.1. Niveles tróficos para la obtención de energía:
El flujo de energía en el ecosistema, puede representarse gráficamente mediante pirámides 
ecológicas en las que el nivel de los productores forman la base y en los niveles 
hallan los consumidores, desintegradores o saprófitos
Figura 3: Niveles tróficos y pirámide ecológica que relaciona la energía con la biomasa
 
Estos diferentes niveles tróficos constituyen 
nutrientes que se establecen entre las distintas especies de un ecosistema en relación a su nutrición. 
Nutrición – TD aplicada a SV – AGC 
Figura 2: analogía entre los seres vivos y otras máquinas 
La transformación de energía, en la combustión como en la oxidación, ocurren 
está en la velocidad con que se realizan; la combustión
hasta el consumo del reactivo limitante; en cambio
proceso lento y controlado, por lo que, la energía se transforma de acuerdo a los req
Niveles tróficos para la obtención de energía: 
El flujo de energía en el ecosistema, puede representarse gráficamente mediante pirámides 
ecológicas en las que el nivel de los productores forman la base y en los niveles 
hallan los consumidores, desintegradores o saprófitos, como se observa en la 
Niveles tróficos y pirámide ecológica que relaciona la energía con la biomasa
Estos diferentes niveles tróficos constituyen la cadena alimentaria, que es la corriente de energía y 
nutrientes que se establecen entre las distintas especies de un ecosistema en relación a su nutrición. 
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ocurren mediante mecanismos 
combustión es violenta y la 
en cambio la oxidación es un 
proceso lento y controlado, por lo que, la energía se transforma de acuerdo a los requerimientos del 
El flujo de energía en el ecosistema, puede representarse gráficamente mediante pirámides 
ecológicas en las que el nivel de los productores forman la base y en los niveles subsiguientes se 
, como se observa en la Fig. 3. 
 
Niveles tróficos y pirámide ecológica que relaciona la energía con la biomasa en un ecosistema 
la cadena alimentaria, que es la corriente de energía y 
nutrientes que se establecen entre las distintas especies de un ecosistema en relación a su nutrición. 
Nutrición – TD aplicada a SV – AGC 5 
 
En el ecosistema no hay desperdicios, pues las plantas y los animales vivos o muertos son fuente de 
alimentos de otros seres vivos. 
 
3.2. Flujo y transformación de energía en el mundo biológico 
La energía solar es la fuente principal de vida en la Tierra. El sol es el origen de la energía 
almacenada en los alimentos y en los combustibles fósiles. El proceso de almacenamiento de la 
energía solar en los seres vivos se realiza mediante la fotosíntesis de las plantas verdes, éstas captan 
la energía radiante de la luz solar y la emplean para convertir compuestos simples como dióxido de 
carbono y agua en compuestos orgánicos complejos, como la glucosa, con liberación de oxígeno como 
subproducto. Del total de la energía solar que llega a la tierra, sólo 0,1% se ocupa en la fotosíntesis. La 
ecuación termoquímica que representa a esta reacción es: 
acosgludemol/MJ8,2HO6OHCOH6CO6 o298)g(2)s(6126
ISFOTOSÍNTES
)l(2)g(2    
La energía almacenada en las moléculas orgánicas, queda disponible mediante la respiración 
celular que ocurre en la mitocondrias. En este proceso se oxidan compuestos orgánicos, a fin de 
convertir la energía química almacenada en sus enlaces, en moléculas de ATP que pueden ser 
utilizadas de inmediato. Mediante la respiración celular se transforma la energía química en energía 
metabólica utilizable por las células vivas, porque consume oxígeno y produce dióxido, agua y ATP, éste 
último es utilizado en distintos trabajos biológicos. 
acosgludemol/MJ8,2HOH6CO6O6OHC o298)l(2)g(2
NRESPIRACIÓ
)g(2)s(6126    
 
La glucosa es la fuente principal de energía metabólica y se distribuye por al sangre. El glucógeno, 
que es el polisacárido de reserva de glucosa, se concentra especialmente en el hígado y en los 
músculos. Estas reservas de energía química son transformadas en calor y/o trabajo mecánico. 
Entonces, la energía química puede convertirse en calor o energía mecánica en los seres vivos. 
 
4. Energía – Calor y trabajo - Energía Interna (U) – Primera Ley de la Termodinámica 
Cómo definimos la energía? 
La energía puede definirse como la capacidad que un sistema tiene para realizar trabajo o la 
capaciadad de producir un cambio en el estado o movimiento de la materia. 
Las interacciones que ocurren entre el sistema y el entorno son de naturaleza: 
a. Mecánica: el sistema realiza trabajo sobre el medio ambiente, o el medio ambiente realiza 
trabajo sobre el sistema. 
b. Térmica: consiste en el intercambio de calor entre las partes del mismo sistema o entre el 
sistema con el medio exterior. 
La energía puede asumir muchas formas diferentes que son convertibles entre sí dentro de un 
mismo sistema, entre sistemas o entre el sistema y el medio que lo rodea. Por lo tanto, la energía no se 
crea ni se destruye, sino que se transforma, permaneciendo constante la energía total del universo. 
ATP 
Nutrición – TD aplicada a SV – AGC 6Las transformaciones de una clase de energía a otra cumplen el primer principio de la 
Termodinámica, es decir, la Ley de conservación de la energía. Fue formulado en 1842 por el joven 
médico alemán Robert Mayer, a raíz de sus investigaciones en los nativo de Java sobre la influencia del 
calor sobre los gases sanguíneos. A su vez, este principio fue demostrado experiementalmente por 
Joule en 1842 quien estableció la equivalencia entre calor (energía térmica) y trabajo (energía 
mecánica). Este principio establece que: La energía puede transformarse y transferirse pero no 
crearse ni destruirse. En su forma más sencilla, el trabajo se puede transformar en calor y el calor en 
trabajo. Calor (q) y trabajo (w) son dos formas de energía en tránsito. 
 
Cuál es la energía que le interesa a la Termodinámica? 
La energía total del sistema es la suma de las energías que se mencionó anteriormente, la energía 
cinética, relacionada con el movimiento del sistema, la energía potencial, relacionada con la posición y 
la energía interna (U) que es intrínseca a la materia y se debe a la energía contenida en los enlaces 
químicos y a la energía correspondiente a los movimientos moleculares, es decir a la rotación, 
traslación y vibración de la moléculas, y es la energía que le interesa a la termo. 
Para formular matemáticamente el primer principio,decimos que, cuando en un sistema cerrado 
ocurre un proceso desde un estado inicial (de equilibrio) a otro final también de equilibrio, la variación 
de la energía interna del sistema se debe a la energía en forma de q y/o de w intercambiada por el 
sistema durante el proceso. De manera, que cada vez que un sistema intercambia energía en forma de 
calor y/o de trabajo, con el entorno, se producirá dentro del sistema un cambio en su energía interna 
(ΔU). 
Para un sistema cerrado el enunciado del primer principio se expresa como: 
U = q + w 
 
Cambio o variación, representado por , es la diferencia en el valor de la U entre el estado final y el 
estado inicial: 
U = Ufinal - Uinicial 
La energía interna es una función de estado, por lo tanto su variación es independiente del camino 
por el que ocurre el cambio. Es una magnitud extensiva, porque depende del tamaño del sistema. 
Calor y trabajo, no son funciones de estado, son energías en tránsito y dependen de la trayectoria, 
es decir de las condiciones en que ocurre el cambio. 
Como consecuencia de los intercambios de energía, un sistema puede 
(1) ganar energía, entonces 
U> 0 , porque Ufinal> Uinicial 
(2) perder energía, 
U< 0 , porque Ufinal< Uinicial 
(3) ni ganar ni perder energía, 
U = 0 , porque Ufinal = Uinicial 
es decir, la energía interna permanece constante. 
Nutrición – TD aplicada a SV – AGC 7 
 
Por lo tanto concluimos: 
 Calor y Trabajo son dos formas equivalentes de modificar la energía interna(U) de un sistema; 
 La Energia interna en un sistema aislado permanece constante. 
La energía interna es como la reserva de un banco que hace transacciones con dos tipos de divisas: 
calor y trabajo. Una vez dentro del banco, la divisa es almacenada en forma de energía interna y puede 
ser retirada en cualquiera de las dos divisas. 
El calor es una magnitud que se manifiesta por diferencias de temperaturas, en cambio, la energía 
que se usa para que un objeto se mueva en contra de la acción de una fuerza se llama trabajo. 
El trabajo es igual al producto de la fuerza F por la distancia d que se mueve el objeto: 
w = F x d 
Así, por ejemplo, realizamos trabajo cuando levantamos un objeto contra la gravedad. Si definimos 
el objeto como el sistema, entonces nosotros (el entorno) estamos efectuando trabajo sobre el sistema. 
Desde el punto de vista termodinámico, nos interesa el trabajo denominado P-V, es el trabajo 
intercambiado por un gas o una mezcla de gases, debido a la facilidad con que pueden 
expandirse o ser comprimidos, porque se adaptan al tamaño (volumen) del recipiente que los 
contiene. 
Por ejem, un gas contenido en un cilindro,para expandirse, se desplazó contra la fuerza 
ejercida por el entorno (que puede ser la presión atmosférica); por lo tanto realizó trabajo (porque 
empujó al entorno): 
)VV(P)hh(APw
APFdefinese
)hh(Fw
12ext12extPV
extext
12extPV



 
Cuando un gas se expande realiza trabajo porque al expandirse empuja a su entorno: 
1212 ;0)( VVVVPw extPV  
Por el contrario, cuando un se comprime, el entorno realiza trabajo sobre el gas: 
1212 ;0)( VVVVPw extPV  
El trabajo mecánico de un sistema termodinámico se expresa como el producto de la presión y 
la variación de volumen. 
Si el sistema realiza trabajo sobre su entorno, entonces w es una cantidad negativa. 
Si el entorno realiza trabajo sobre el sistema, entonces w es una cantidad positiva. 
El signo menos que se coloca a la derecha de la igualdad, es para satisfacer la convensión de 
signos. 
 
 
 
 
Nutrición – TD aplicada a SV – AGC 8 
 
q>0 el calor es absorbido por el sistema 
q<0 el calor es cedido por el sistema 
w>0 el trabajo es realizado por el alrededor sobre el sistema 
w<0 el trabajo es realizado por el sistema y entregado al alrededor 
 
4.1. Convensión de signos para el calor y el trabajo 
Además, es necesario adoptar un criterio para el signo en la transferencia de calor y de trabajo. En 
la termodinámica es usual considerar: 
 
Ejercicios de aplicación: 
 
1. Se calienta una muestra gaseosa en un cilindro con 550 kJ de energía en forma de calor. Un 
émbolo comprime el gas, utilizando 700 kJ de energía en forma de trabajo. Calcule el cambio de 
energía interna durante el proceso. Ganó o perdió energía? 
 
2. La variación de energía interna para la combustión de 1 mol de CH4 gas en un cilindro según 
la reacción: 
 CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(g) es de – 892,4 kJ. 
Si un émbolo que está conectado al cilindro realiza 492 kJ de trabajo de expansión debido a la 
combustión. Calcule el calor perdido por el sistema (la mezcla de reacción). 
 
3. Un sistema absorbe 150 kJ de energía en forma de calor en un proceso en el cual se registró 
un aumento en la variación de energía interna de 120 kJ. Calcule la energía intercambia en forma 
de trabajo y diga si el sistema realizó o recibió trabajo. 
 
5. Capacidad calorífica - Entalpía 
Como se mencionó anteriormente, calor y trabajo son energías en tránsito y dependen de la 
trayectoria, es decir de las condiciones en que ocurre el cambio. Entonces, analizamos como queda 
expresado el calor cuando un sistema evoluciona a V constante, en este caso no realiza trabajo de 
expansión, el volumen del sistema permanece constante, es decir V = 0, por lo tanto según la 
expresión del Primer Principio: 
U = q + w si w = 0 entonces U = qV 
Asimismo, la energía interna de una sustancia se incrementa cuando la temperatura se eleva y el 
estudio de la variación de la energía interna con la temperatura a volumen constante define un 
coeficiente térmico denominado, capacidad calorífica a volumen constante. De esta forma, la 
capacidad calorífica se utiliza para relacionar el cambio de energía interna con la temperatura de un 
sistema, a volumen constante. Para un cambio medible de temperatura se escribe: 
∆𝑈 = 𝐶 ∆𝑇 
Como el cambio de energía interna puede identificarse con el calor intercambiado a volumen 
constante, la ecuación se puede escribir: 
𝑞 = 𝐶 ∆𝑇 
Nutrición – TD aplicada a SV – AGC 9 
 
Entonces, se puede escribir: 
𝑞 = ∆𝑈 = 𝐶 ∆𝑇 
 
La capacidad calorífica así expresada, es una propiedad extensiva, por lo tanto para poder comparar 
las capacidades caloríficas de diferentes sustancias, hay que referirlas a una unidad de masa: el mol o 
gramos.De esta manera se expresa como capacidad calorífica molar a volumen constante(1), ó 
capacidad calorífica específica a volumen constante(2), cv. La variación de la energía interna se 
escribe 
 
∆𝑈 = 𝑛𝑐𝑣∆𝑇 (1), las unidades de cv son J/mol K ó J/mol°C. 
 
∆𝑈 = 𝑤𝑐𝑣∆𝑇 (2), las unidades de cv son J/g K ó J/g°C. 
 
Existen instrumentos denominados calorímetros que permiten medir el calor en estas condiciones. 
Sin embargo, los procesos que tienen lugar en el interior de las células no transcurren a volumen 
constante (aunque son mínimos los cambios), pero sí a presión constante. En estos procesos hay 
variación de volumen, sobre todo si intervienen gases, y por lo tanto hay trabajo, por ello surge la 
necesidad de definir una nueva función de estado llamada entalpía H, entonces: 
H = qP 
Asimismo, la entalpía de una sustancia se incrementa cuando la temperatura se eleva y el estudio 
de la variación de la entalpía con la temperatura a presión constante define un coeficiente térmico, la 
capacidad calorífica a presión constante. De es forma, para un cambio mensurable de temperatura se 
escribe: 
∆𝐻 = 𝐶 ∆𝑇 
Como el cambio de entalpía puede identificarse con el calor intercambiado a presión constante, la 
ecuación se puede escribir: 
𝑞 = 𝐶 ∆𝑇 
Así, se puede escribir: 
𝑞 ∆𝐻 = 𝐶 ∆𝑇 
 
Se define además, capacidad calorífica molar a presión constante(3), ó capacidad calorífica 
específica a presión constante(4), cp. La variación de la entalpía se escribe: 
∆𝐻 = 𝑛𝑐𝑝∆𝑇 (3), la unidades de cp son J/mol K ó J/mol°C. 
∆𝐻 = 𝑤𝑐𝑝∆𝑇 (4), la unidades de cp son J/g K ó J/g°C. 
n: moles 
w: masa en gramos 
 
Nutrición – TD aplicada a SV – AGC 10 
 
Además, si: 
 el sistema absorbe enegía en forma de calor del entorno, a presión constante: 
𝑞 ∆𝐻 > 0 proceso endotérmico: 𝐻 − 𝐻 > 0 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 𝐻 > 𝐻 
 el sistema libera energía en forma de calor al entorno, a presión constante: 
𝑞 ∆𝐻 < 0 proceso exotérmico: 𝐻 − 𝐻 < 0 𝑒𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠 𝐻 < 𝐻 
 
Ejercicios de aplicación: 
1. La capacidad calorífica (o calor específico) del aluminio es 0,895 J/g °C. 
a) Calcule el calor que es necesario entregar a un bloque de aluminio de 35,1 g para elevar su 
temperatura de 27 a 62,5°C a presión constante de 1 bar. 
b) Calcule el calor que es necesario entregar a un bloque de aluminio de 35,1 g para elevar su 
temperatura de 27 a 62,5°C a volumen constante. 
 
2. La capacidad calorífica específica del agua líquida es cp = 4,18 J/g °C. 
a) Calcule la capacidad calorífica molar, )Kmol/J(c m,p del agua líquida (M H2O= 18 g/mol.). 
b) Calcule la cantidad de calor en kJ que se necesita extraer para disminuir la temperatura de 2,56 
kg de agua líquida de 92,0°C a 44,8°C a presión constante. 
 
3. Se tiene un cuerpo de hierro de 7,50 g de masa. Se sabe que cp hierro sólido = 0,45 J/g °C. 
a) Si el cuerpo recibe 400J de energía en forma de calor, calcule la variación de temperatura T, que 
experimenta el hierro. 
b) Si la temperatura inicial del hierro es de 65°C, calcule la temperatura final. 
 
4. Calcule la variación de la entalpía cuando se enfrían 20 g de agua de 20 a 4 °C. Es un proceso 
endotérmico o exotérmico. Por qué? 
Dato: cp H2o(L) = 4,18 J/g°C 
 
5. Calcule la variación de la entalpía cuando se calientan 50,3 g de cobre de 10 a 150°C. Es un 
proceso endotérmico o exotérmico. Por qué? 
Dato: cp Cu(S) = 0,38 J/g°C 
 
6. El ser vivo como sistema termodinámico 
Los sistemas cerrados luego del intercambio de energía, evolucionan hacia un estado de equilibrio 
definido como un estado en donde los valores de sus variables no se modifican con el tiempo, sin 
embargo los estados de equilibro no son estáticos, sino que hay un equilibrio dinámico en donde la 
velocidad de formación iguala a la de destrucción y macroscópicamente no se observan 
modificaciones. Estos procesos ocurren espontáneamente, manteniéndose el estado de equilibrio sin 
gasto de energía por parte del sistema. 
Sin embargo, los organismos vivos son sistemas abiertos porque existe un intercambio de materia y 
energía con el exterior y para mantener la constancia de los parámetros que lo definen, como 
temperatura corporal, pH sanguíneo, concentración de iones extracelulares,debe hacer un gasto de 
energía. En este caso se dice que el sistema hombre se encuentra en estado estacionario. Por lo tanto 
un sistema en estado estacionario mantiene constantes sus propiedades pese a la existencia de 
Nutrición – TD aplicada a SV – AGC 11 
 
intercambio de materia y/o energía con el medio mientras pueda hacer gasto de energía, es decir 
mientras tenga la posibilidad de realizar trabajo. 
Así, un organismo viviente solo puede permanecer vivo si continuamente utiliza materia y energía 
proveniente del alrededor. Al morir el ser vivo tiende al equilibro porque perdió la capacidad de realizar 
trabajo. 
 
7. Balance de energía en los seres vivos 
Veamos el balance de energía en un sistema abierto. Recordemos la expresión del primer principio 
para sistemas cerrados: 
U = q + w 
Entonces en un sistema abierto hay un flujo de materia y energía, que entra y sale. Así se plantea el 
primer principio: 
salesaleentoslimac
saleentrasaleentra
wqHU
)ww()qq(U




 
 
En este sistema abierto: la energía que ingresa al sistema como qentra es la energía que proviene de 
los alimentos que ingerimos CHalimentos(Ingesta energética). 
La energía que proviene de los alimentos es utilizada en parte para el mantenimiento de la 
integridad bioquímica y estructural del organismo para la realización de trabajo interno: trabajo de las 
musculaturas viscerales y del corazón, tono de los músculos voluntarios, trabajo osmótico, trabajo de 
transporte de iones, conducción de impulsos nerviosos. Todos estos procesos, finalmente,van a 
desarrollar calor (qsale), que se disipa al medio ambiente y contribuye al mantenimiento de la 
temperatura corporal. Además, el organismo realiza un trabajo externo, wsale (w mecánico), por medio de 
los músculos esqueléticos al realizar una actividad física. La suma de qsale + wsale se conoce como gasto 
energético, se mide en calorías nutricionales, es decir Cal = Kcal o en Joule (J) o kiloJoules (kJ). 
Este término, en el terreno de la nutrición humana se refiere a la forma en la que el cuerpo utiliza la 
energía almacenada en los enlaces químicos de los distintos nutrientes. Así, se habla tambien de 
requerimiento energético como medida de la cantidad diaria de energía que los alimentos deben 
suministrar para satisfacer las necesidades energéticas del organismo. El balance energético o 
variación de energía interna, es la diferencia entre el aporte energético de los alimentos consumidos y 
el gasto energético. 
El gasto energético total se suele dividir en tres grandes componentes: 
1. Termogénesis inducida por los alimentos (genera calor, qsale) inducida por la dieta o efecto térmico 
de los alimentos, representa entre el 5 y el 10% del gasto energético total. Es el gasto energético 
destinado a la digestión, absorción, distribución y almacenamiento de los alimentos ingeridos. Uno de 
los métodos de medición más utilizados es calcular la diferencia entre el gasto energético en reposo 
antes y después de una comida. 
Nutrición – TD aplicada a SV – AGC 12 
 
Los alimentos que más efecto térmico generan son los alimentos ricos en proteínas, hasta un 20% 
superior a los alimentos ricos en carbohidratos y grasas (25% de incremento del gasto energético en 
reposo frente a un 5%). 
2. Gasto energético en reposo(qsale), incluye el gasto de energía necesario para mantener las 
funciones vitales del organismo y la temperatura corporalen un ambiente neutro y en estado de 
reposo. El principal componente es la tasa metabólica basal, por lo que también se llama gasto 
energético basal, y puede llegar a representar el 75% del gasto energético total.El gasto energético en 
reposo, por su parte, se mide a cualquier hora del día cuándo han pasado al menos 4 horas desde la 
última comida y de actividad física.La mayor parte de la energía basal esta representada por el 
metabolismo celular (50%), síntesis molecular (40%, la síntesis de proteínas es la que más energía 
consume) y el trabajo de músculos involuntarios (10%. Diafragma, corazón, movimientos peristálticos 
intestinales, etc). 
3. Actividad física voluntaria (wsale)representa el consumo de energía producido por cualquier 
movimiento del cuerpo, como levantarse de la cama, subir las escaleras o practicar un deporte. Es la 
fracción del gasto energético total más variable y puede estar entre el 10% en una persona sedentaria 
hasta el 50% en un atleta. 
No obstante, cada uno de estos componentes se ve afectado por numerosas variables personales y 
ambientales que pueden hacer que el gasto energético total sea muy diferente de un individuo a otro, 
incluso muy diferente para una misma persona de un día a otro. 
Teniendo en cuenta la convensión de signos: todo lo que sale del sistema es negativo y todo lo que 
entra al sistema es positivo, si ordenamos por un lado la energía que entra y por el otro la que sale, 
concluiremos como se ve afectada la variación de U del sistema por los intercambios de las diferentes 
formas de energía. 
Cuando un individuo está en reposo, no hay w externo. Es un estado basal, donde la variación de U 
se debe a la ingesta de alimentos y el calor eliminado al exterior debido a la actividad interna del 
organismo, es decir a las funciones corporales mínimas como , respiración, bombeo cardíaco y otras 
que hacen posible la vida. Asi, 
 
 
Cuando el individuo no está en reposo, se presentan los siguientes casos en el balance: 
 Cuando la cantidad de energía incorporada con los alimentos es igual a la cantidad liberada al 
entorno como calor y trabajo, la U del organismo se mantiene constante, se habla de balance neutro, el 
consumo y el gasto son prácticamente iguales, es decir, 
U = CH
 alimentos
 + q
sale
 
U = CH
 alimentos
 + ( q
sale
 + w
sale
) 
Nutrición – TD aplicada a SV – AGC 13 
 
en consecuencia la persona no modifica su peso. Es evidente que para mantener un peso constante, 
un individuo debe consumir alimentos en la cantidad justa y necesaria para satisfacer al metabolismo 
basal más la actividad física que desarrolla. Corriendo muy poco provocará una pérdida de peso. 
Sabiendo que el trabajo es el desplazamiento logrado contra una fuerza, si una persona camina o corre 
sobre una superficie horizontal a velocidad constante (la fuerza de gravedad que actúa sobre ella, es 
perpendicular al movimiento), el trabajo que realiza es nulo. De igual forma, cuando empuja un cuerpo 
sin desplazarlo. Sin embargo, en ambas circunstancias los músculos realizan trabajo interno, se utiliza 
energía química para la contracción muscular y parte se pierde como calor. Este es retirado por la 
sangre y conducido hacia la piel para disiparlo al exterior. 
 Durante el crecimiento, la energía interna del organismo aumenta progresivamente, U>0 (la 
variación de la energía interna es mayor que cero, balance positivo) , lo mismo ocurre cuando un adulto 
aumenta de peso y durante el embarazo, así 
 
En cambio, hay una disminución de la energía interna del organismo en las insuficiencias 
nutricionales. En período de ayuno (desnutrición, inanición) es insuficiente el aporte energético 
brindado por los alimentos, entonces los compuestos de depósito como glucógeno, lípido y proteínas 
se degradan liberando la energía química almacenada en ellos manteniendo los procesos biológicos y 
se produce una disminución de U, U<0 (la variación de la energía interna es menor que cero, balance 
negativo), así 
 
Es fácil comprender que en el individuo normal diariamente se producen fluctuaciones en los 
depósitos de energía que se ponen de manifiesto por cambios en el peso corporal. Además, hay que 
recordar que el organismo cuenta con mecanismos de regulación del flujo energético, y por tanto del 
balance energético. Estos mecanismos forman en su conjunto el proceso denominado homeostasis 
energética, que incluye señales químicas y neuronales para regular los distintos procesos implicados 
en la ingesta y en el gasto de energía. Por ejemplo, señales del sistema nervioso central para generar 
sensación de saciedad y dejar de comer. 
 
Ejercicios de aplicación: 
1. Una empleada de oficina de 30 años tiene un gasto energético diario de 1742 Kcal. Su ingesta 
calórica diaria está repartida en 6 comidas de las siguiente manera: 343 Kcal en el desayuno, 100 
Kcal en la colación matutina, 780 Kcal en el almuerzo, 60 Kcal en la merienda, 80 Kcal en la colación 
vespertina y 150 Kcal en la cena. 
U = Ufinal - Uinicial = 0 , entonces Ufinal = Uinicial 
U = Ufinal - Uinicial> 0 , entonces Ufinal> Uinicial 
U = Ufinal - Uinicial< 0 , entonces Ufinal< Uinicial 
Nutrición – TD aplicada a SV – AGC 14 
 
a. El balance energético, es neutro, positivo o negativo? Porqué? 
b. Estime que influencia tiene sobre su peso según el balance obtenido. 
 
8. Termoquímica – Entalpías de reacción 
La termodinámica a través de sus principios explican la capacidad del sistema hombre de usar, 
transformar y almacenar la energía que hace posible la vida, y la termoquímica estudia 
específicamente la absorción y liberación de energía en forma calor en condiciones de presión 
constante, que acompaña a una reacción química. Las ecuaciones termoquímicas indican la reacción 
química y el calor que las acompaña. 
Las entalpías de reacción se clasifican según: 
1. Entalpía estándar de formación: fHo: 
Es el cambio de entalpía que acompaña la formación de un mol de un compuesto a partir de sus 
elementos en su estado estándar o estado de referencia. El estado estándar de un elemento es su 
forma más estable a la presión de 1 bar (101325 Pascales) y a una temperatura dada, que 
generalmente se establece a 25°C (298K). 
Entalpía estándar de combustión: CHo: 
Es el cambio de entalpía que acompaña la combustión completa de un mol de compuesto orgánico 
en su estado estándar. El compuesto reacciona con el oxígeno gas (O2(G)) para obtener dióxido de 
carbono gas (CO2(G)) y agua líquida (H2O(L)) como productos de la combustión. Las reacciones de 
combustión son exotérmicas. 
Entalpía estándar de reacción: RHo: 
Es la suma de las entalpías estándar de cada una de las reacciones individuales en las que se 
puede descomponer una reacción.Mediante combinación de ecuaciones químicas se pueden obtener 
otras que no son posibles experimentalmente. 
 
9. Procesos espontáneos – Criterio 1 –Segunda ley de la termodinámica - Entropía 
Los alimentos representan la fuente de energía del sistema hombre. El primer principio nos dice que 
una determinada forma de energía se puede transformar en otra para ser aprovechada por el sistema. 
Sin embargo, nada nos dice sobre el sentido en que un determinado proceso tendrá lugar 
espontáneamente. Para predecir en que sentido ocurrirá un proceso dado es necesario enunciar el 
segundo principio de la termodinámica. 
Si observamos a nuestro alrededor vemos que: 
 Cuando disolvemos un terrón de azúcar en una taza de café 
 Cuando disolvemos una cuchara de café en la leche 
 Cuando un cubo de hielo se funde en nuestra mano 
 Cuando se coloca un sólido caliente junto a otro frío, habrá una transferencia de calor del sólido 
caliente al frío hasta que se igualen las temperaturas. 
Nutrición – TDaplicada a SV – AGC 15 
 
Así podemos nombrar una serie de procesos que ocurren por si mismo en nuestra vida diaria ( sin 
intervención del exterior, hay una tendencia natural para que ocurran en ese sentido y no en otro), 
La primera ley nos asegura que la energía del sistema más los alrededores permanecerá constante, 
es decir, la variación de la energía interna de un sistema aislado se conserva. Pero no dice acerca de la 
direccionalidad del proceso. Esto es más interesante desde el punto de vista bioquímico, puesto que si 
ignoramos la posible dirección de los procesos metabólicos, difícilmente se conozca el significado de 
tales procesos. Entonces, la limitación de la primera ley es la de no poder predecir el sentido del 
cambio espontáneo. Los procesos que ocurren por si mismos sin intervención del exterior se 
denominan procesos espontáneos. 
El principio fundamental de esta ley, tanto para los sistemas físicos como para la vida misma, es 
parte de la experiencia diaria, tal los ejemplos que se han citado, 
un proceso espontáneo ocurre en un sentido definido, pero el proceso inverso nunca ocurrirá 
espontáneamente bajo las mismas condiciones. 
Los procesos espontáneos también se denominan irreversibles. La idea clave que explica el cambio 
espontáneo es que la energía y la materia tienden a estar cada vez más desordenada. Las reacciones 
químicas o procesos irreversibles son las que condicionan la dirección de los procesos metabólicos y 
son los más importantes desde el punto de vista fisicoquímico. 
Desde un primer momento, dado que casi todos los procesos espontáneos o irreversibles se 
producen con una variación de entalpía negativa (exotérmicos), se podría asumir que esta liberación de 
calor podría constituir la fuerza impulsora de la irreversibilidad de estos procesos. Quiere decir que 
para hacer retornar al sistema al estado inicial hay que aportar energía. Pero, en el caso del 
derretimiento del cubito de hielo, que para fundirse absorbe calor del entorno, es un proceso 
endotérmico y es espontáneo. Por lo tanto, la entalpía no proporciona información precisa para 
determinar la dirección del proceso. 
Cuando se disuelve en agua una sustancia, sus moléculas o iones pasan de un estado ordenado 
(sólido cristalino o amorfo) al más desordenado que el solvente (agua) así lo permita. Si añadimos más 
agua a esta disolución, las moléculas de soluto van ocupando poco a poco este nuevo agua que se va 
incorporando, para distribuirse uniformante en todo el solvente. Diluir, es un proceso irreversible, 
porque al diluir aumentamos el desorden dentro del sistema, de las moléculas disueltas en el solvente. 
En otro caso, si mezclamos igual cantidad de agua caliente con agua fría, se encontrará que la 
temperatura de la mezcla es el modio aritmético de las temperaturas iniciales del agua caliente y fría. 
Esta equilibración de temperatura es un proceso espontáneo, el agua caliente y la fría nunca se 
separarán otra vez. Es decir, cantidades separadas de agua caliente y fría tienen un orden que 
desaparece al mezclarlas. 
Para definir esta tendencia interna de la materia a conseguir el estado más desordenado posible,se 
enuncia el concepto de entropía (S: movimiento interno), que es una función termodinámica de estado, 
que determina la magnitud o grado de desorden alcanzado por la materia en un sistema y permite 
predecir la dirección de los cambios espontáneos de cualquier proceso. 
Nutrición – TD aplicada a SV – AGC 16 
 
De esta forma, la Segunda Ley de la Termodinámica, establece que cualquier proceso espontáneo o 
irreversible de un sistema aislado, conduce al aumento de la entropía del sistema. 
La entropia del universo resulta de la suma de las entropía del sistema más el entorno: 
Así es posible decir, que cuando la entropía del universo permanece constante, se trata de un 
proceso reversible (son procesos hipotéticos). 
 
En cambio, cuando la entropía del universo aumenta (sistema + entorno) el proceso es irreversible, 
si la entropía del sistema decrece, aumenta la de los alrededores de forma tal que la S de universo 
aumente. 
Concluimos, 
 
Los procesos reales son irreversibles porque una forma de energía no puede ser cuantitativamente 
convertida en otra sin que se produzca alguna pérdida de energía en una forma dispersa o disipada. 
Un sistema alcanza el equilibrio con su entorno cuando su entropía ha aumentado, y ha alcanzado 
un valor máximo de forma que ya no hay energía disponible para dirigir procesos. Así, la tendencia al 
aumento de entropía es la fuerza motora que dirige a los sistemas hacia el equilibrio con su entorno. 
Así es, como se ha encontrado un criterio de espontaneidad para procesos físicos y/o químicos y a 
través de ese criterio, es posible predecir si un proceso es o no espontáneo. 
La vida es posible, a pesar del flujo de materia o energía que puede hacer disminuir la entropía, 
pero el estudio se refiere al sistema aislado, es decir : sistema + entorno. Por esta razón el tipo de 
sistema que interesa al fisiólogo no está de ningún modo aislado; los seres vivos somos sistemas 
abiertos que intercambiamos constantemente materia y energía. La entropía de una célula tiende a 
disminuir siempre y cuando el aumento del orden y de estructura del sistema se compense por 
incremento en la entropía de entorno. Cuando un organismo vivo está en equilibrio con su entorno, 
dicho organismo está muerto, perdió su capacidad de realizar trabajo; la muerte de un individuo 
implica un aumento de entropía y es un proceso irreversible. 
Así, los cambios de entropía son los que realmente tienen significado para determinar la 
espontaneidad de un proceso de importancia fisiológica. Los sistemas biológicos son sistemas 
altamente ordenados, que funcionan a la prefección cuando todas sus partes están ocupando el lugar 
que les corresponde. Cuando hay alguna variación se van a presentar disfunciones, y entonces 
interviene la fisiopatología, ya que se ha caído en un estado mórbido, ó de enfermedad. 
Ssistema + Salrededor = SUNIVERSO TERMODINAMICO> 0 ; 
S = 0: procesos reversibles de un sistema aislado 
S > 0: procesos irreversibles de un sistema aislado 
Ssistema + Salrededor = SUNIVERSO TERMODINAMICO = 0 
Nutrición – TD aplicada a SV – AGC 17 
 
Los sistemas vivos siempre están en lucha con la entropía. Se pueden construir sistemas de 
entropía negativa (ordenados) si se utiliza otro sistema al que se desordena y su entropía aumenta, es 
el caso, por ejem. de la síntesis de una molécula proteica. 
Una molécula proteica es un sistema de muy baja entropía, pero su síntesis ocurre sólo si se 
degradan otras moléculas o se convierten otras moléculas de un cierto grado de complejidad a 
moléculas más sencillas (los AA), durante tal proceso se libera una cierta cantidad de energía, y ésta 
energía es la que se utiliza para sintetizar proteínas. 
Entonces, se asocia la estructuración de un sistema complejo con la degradación de otro sistema. 
En todo caso, se dice que el cambio de entropía del sistema más el cambio de entropía del entorno 
tiene que ser mayor o igual a cero, pero nunca menor. 
Sin embargo,para el fisiólogo, es necesario disponer de un criterio sencillo que pueda ser usado 
para predecir la forma en que un proceso marchará espontáneamente en condiciones fisiológicas, es 
decir a presión, temperatura y volumen constantes, sin necesidad de analizar el entorno. 
 
Procesos espontáneos- Criterio 2 – Energía de Gibbs – Constante de equilibro 
Entonces se busca algún criterio que permita conocer la espontaneidad, analizando solamente lo 
que ocurre en el sistema, y que este nuevo criterio sea integrador de las dos leyesde la termodinámica 
mencionadas. 
Se define, la energía de Gibbs como: G = H – TS, 
Para un cambio mensurable, 
La energía de Gibbs (G) es una función termodinámica de estado que permite definir las condiciones 
de equilibrio en función de la entalpía y la entropía del sistema a presión y temperatura constantes. Los 
cambios de la energía de Gibbs se miden con facilidad y pueden ser utilizados para predecir el sentido 
y el estado de equilibrio de las reacciones químicas. Las funciones definidas anteriormente se 
relacionan con G mediante la expresión que combina la primera ley y la segunda. El concepto de 
variación de energía de Gibbs es un concepto unificador de dos leyes termodinámicas. 
El G es igual al cambio de entalpía (cambio de energía interna a presión constante), menos el 
cambio de energía degradada, o sea, la entropía. La energía de Gibbs es la energía utilizada para 
realizar trabajo. 
Gpuede ser: 
a. Mayor a cero: G > 0 procesos que consumen energía, son procesos endergónicos. 
b. Menor a cero: G < 0 procesos que liberan energía, son exergónicos ó espontáneos. 
c. Igual a cero: G = 0 es un proceso reversible y está en equilibrio, no hay variación de energía. 
 
Esta ecuación constituye una fundamental relación en energética bioquímica. Se puede definir G 
para los sistemas celulares que sufren transformaciones a T, P y V constantes, como la fracción de la 
variación de la energía interna (U)que es utilizable para producir trabajo a medida que dichos 
G = H – T S 
Nutrición – TD aplicada a SV – AGC 18 
 
sistemas evolucionan hacia el equilibrio en donde la energía de Gibbs alcanza un mínimo. En estas 
condiciones el trabajo producido es el trabajo útil desde el punto de vista termodinámico y biológico. 
Por eso también se la conoce como energía útil. 
La vida como tal, se conoce termodinámicamente como un proceso endergónico. En nuestros 
sistemas biológicos se llevan a cabo reacciones endergónicas acopladas a reacciones exergónicas. Es 
decir, la reacción que libera energía permite que un proceso endergónico se pueda producir, por eso 
se definen sistemas con reacciones acopladas, que deben cumplir las siguientes premisas básicas: 
 Existir una reacción exergónica y otra endergónica. 
 La energía que se desprende en la reacción exergónica, debe ser mayor que el energía 
consumida en el proceso endergónico. De tal manera, que si se suma la variación de energía de 
cada proceso el resultado tendrá un valor <0. 
 El cambio de entropía de los dos sistemas, el exergónico más el endergónico, tiene que arrojar 
un valor mayor que cero. 
 Debe existir un mecanismo o sistema acoplador, que en el caso de las reacciones biológicas 
generalmente son sustancias intermedias o grupos atómicos que son compartidos por las dos 
reacciones acopladas: 
Por ejemplo la fosforilación de la glucosa para ser almacenada 
 
GLUCOSA + Pi ↔ GLUCOSA 6-P + H2O G´° = 13,8 kJ/mol 
 ATP + H2O ↔ ADP + Pi G´° = - 30,5 kJ/mol 
 GLUCOSA + ATP ↔ ADP + GLUCOSA-6-P G´° = - 16,7 kJ/mol 
 La reacción de degradación del ATP es una reacción exergónica que ocurre espontáneamente con 
liberación de energía, que es utilizada por la glucosa para llevar a cabo la fosforilación. 
La energía libre es un índice de la capacidad del sistema de transformar otras energías en trabajo 
útil y la energía interna es una energía contenida en el sistema. 
 
9.1. Cómo pueden medirse las variaciones de la energía libre ? 
En un proceso químico tal como la reacción de fosforilación de la glucosa: 
ADPP6OHCATPOHC 6126)s(6126  
se alcanza un punto de equilibrio en el cual no se produce ningún cambio químico posterior, en este 
punto la velocidad de conversión del reactivo en productos es igual a la velocidad de conversión de 
productos en reactivo. Existe una magnitud que expresa el equilibrio químico alcanzado por este 
sistema de la siguiente manera: 
  
   ADPOHC
ADPP6OHC
eqK
6126
6126o  
Cuando el sistema químico se encuentra en condiciones estándar, la relación entre la variación de 
la energía de Gibbs y la K°eq esta dada por: 
Nutrición – TD aplicada a SV – AGC 19 
 
donde R es la constante universal de los gases, T = 298K y las concentraciones de los reactivos y 
productos se encuentran expresadas en molaridades o molalidades (generalmente por convención se 
emplea molalidad). 
La variación de la energía de Gibbs estándar de una reacción química es simplemente una forma 
matemática alternativa de expresar su constante de equilibrio. 
G° representa la variación de energía de Gibbs estándar, la ganancia o pérdida de energía 
expresada en joules cuando 1 mol de reactivo se convierte en producto a la temperatura de 298K y 
pH=0, y representa la máxima cantidad de trabajo útil que la reacción puede producir a temperatura y 
presión constantes en esas condiciones. 
Cuando se trabaja fuera de las condiciones estándar la variación de la energía de Gibbs del proceso 
químico se puede calcular con la expresión: 
  
   ADPOHC
ADPP6OHC
lnRTGG
6126
6126   donde se define 
  
   ADPOHC
ADPP6OHC
Q
6126
6126  
entonces 
  
    








eqK
Q
R.T.lnR.T.lnQeqK R.T.ln -
ADPOHC
ADPP6OHC
R.T.ln eqK R.T.ln -G 
6126
6126 
En los seres vivos G°' representa la variación de energía de Gibbs estándar, a la temperatura de 
298K y pH=7, G´° , que es el pH fisiológico aunque la temperatura no es 37°C (310K) las diferencias 
son insignificantes. 
 
10. Interpretación termodinámica de las etapas de la vida 
Cuando los organismos vivos se desarrollan sintetizan estructuras cada vez más complejas que 
almacenan grandes cantidades de energía, por lo que la energía de Gibbs aumenta y disminuye 
evidentemente su entropía, por causa de la naturaleza altamente estructurada de la materia viva. Pero 
este descenso en entropía solo puede producirse a condición de que la entropía del medio ambiente 
aumente. Dicho de otro modo, los organismos vivos crean su propio orden interno a expensas del 
desorden del medio, el cual se degrada. 
Aunque pueda parecer que el ser vivo viola la segunda ley de la termodinámica, en cuanto es capaz 
de disminuir su entropía durante el crecimiento y mantenerlo en un nivel estacionario(constante) 
durante su adultez, en verdad no es tal. El aumento de entropía previsto por la segunda ley se refiere a 
sistemas aislados, y el ser vivo, por intercambiar materia y energía (por ejemplo alimentarse) no es un 
sistema aislado. 
Al conjunto de procesos para la obtención y transformación de materia y energía que mediante 
numerosas reacciones químicas hacen posible la vida se denomina Metabolismo. 
Por lo tanto las funciones del metabolismo son: 
OBTENCIÓN DE ENERGÍA: energía lumínica ó química 
G° = - R.T.ln K°eq 
 
OBTENCIÓN DE MATERIA: moléculas tomadas del exterior o de sus reservas 
sintetizar sus propias biomoléculas.
Las reacciones metabólicas 
ANABÓLICAS: reacciones de síntesis
de moléculas a partir de compuestos 
más simples, implican la formación de 
nuevos enlaces químicos que requieren 
el aporte de energía son reacciones 
endergónicas fotosíntesis, síntesis de 
proteínas 
CATABÓLICAS: son reacciones de 
degradaciónde macromoléculas en 
moléculas mas simples, se producen 
rupturas de enlaces con liberación de en
 
10.1. Interpretación termodinámica del metabolismo animal
De acuerdo a lo visto anteriormente sobre la cadena alimentaria los seres heterótrofos obtienen la 
energía a partir de moléculas complejas como hi
implica una degradación enzimática de esas sustancias nutritivas a moléculas más simples. Tanto la 
energía solar como la proveniente de los alimentos se almacenaen un enlace rico en energía de una 
molécula bien definida el ADP transformándolo en ATP. Así, cuando la célula necesita realizar un 
proceso tal como la biosíntesis o la contracción muscular, rompe el enlace y libera la energía 
almacenada como energía libre disponible para realizar trabajo. De mod
como un transportador y almacenador de energía
energía, por eso se lo denomina 
descargada. 
En el catabolismo de 1 mol de glucosa 
energía se sintetizan 38 moles de AT
ADP y Pi, por lo tanto se almacenan en total 1159,
liberada y la almacenada se obtiene una eficiencia del 41% del proceso total. Los restantes 59% se 
disipa como calor. La energía almacenada en el ATP es empleada para mantener el estado 
estacionario. 
La BIOENERGÉTICA O TERMODINÁMICA BIOQUÍMICA, es el estudio de los cambios de energía que 
acompañan a las reacciones bioquímicas. Proporciona los principios que explican las causa de que 
algunas reacciones puedan producirse en tanto que otras no. Los sistemas no biológicos
utilizar la energía calorífica para realizar trabajo, pero los sistemas biológicos son en esencia 
isotérmicos y emplean la energía química para energizar el proceso de la vida.
 
 
Nutrición – TD aplicada a SV – AGC 
OBTENCIÓN DE MATERIA: moléculas tomadas del exterior o de sus reservas 
sintetizar sus propias biomoléculas. 
 se clasifican según el movimiento de energía en:
reacciones de síntesis 
de moléculas a partir de compuestos 
más simples, implican la formación de 
enlaces químicos que requieren 
reacciones 
fotosíntesis, síntesis de 
reacciones de 
de macromoléculas en 
moléculas mas simples, se producen 
rupturas de enlaces con liberación de energía  son reacciones exergónicas:
Interpretación termodinámica del metabolismo animal 
De acuerdo a lo visto anteriormente sobre la cadena alimentaria los seres heterótrofos obtienen la 
energía a partir de moléculas complejas como hidratos de carbono, lípidos y proteínas. El proceso 
implica una degradación enzimática de esas sustancias nutritivas a moléculas más simples. Tanto la 
energía solar como la proveniente de los alimentos se almacena en un enlace rico en energía de una 
a bien definida el ADP transformándolo en ATP. Así, cuando la célula necesita realizar un 
proceso tal como la biosíntesis o la contracción muscular, rompe el enlace y libera la energía 
como energía libre disponible para realizar trabajo. De modo, el sistema 
transportador y almacenador de energía en el cual el ATP es la forma rica
energía, por eso se lo denomina la moneda energética de las células, y el ADP la forma pobre o 
En el catabolismo de 1 mol de glucosa a dióxido y agua se libera 2842,
energía se sintetizan 38 moles de ATP. Como se almacena 30,5 kJ/mol de ATP sintetizado a partir de 
anto se almacenan en total 1159,5 kJ. De la relación entre la cantidad de energía 
liberada y la almacenada se obtiene una eficiencia del 41% del proceso total. Los restantes 59% se 
disipa como calor. La energía almacenada en el ATP es empleada para mantener el estado 
O TERMODINÁMICA BIOQUÍMICA, es el estudio de los cambios de energía que 
acompañan a las reacciones bioquímicas. Proporciona los principios que explican las causa de que 
algunas reacciones puedan producirse en tanto que otras no. Los sistemas no biológicos
utilizar la energía calorífica para realizar trabajo, pero los sistemas biológicos son en esencia 
isotérmicos y emplean la energía química para energizar el proceso de la vida.
 20 
OBTENCIÓN DE MATERIA: moléculas tomadas del exterior o de sus reservas  las degrada  para 
se clasifican según el movimiento de energía en: 
reacciones exergónicas: respiración celular. 
De acuerdo a lo visto anteriormente sobre la cadena alimentaria los seres heterótrofos obtienen la 
dratos de carbono, lípidos y proteínas. El proceso 
implica una degradación enzimática de esas sustancias nutritivas a moléculas más simples. Tanto la 
energía solar como la proveniente de los alimentos se almacena en un enlace rico en energía de una 
a bien definida el ADP transformándolo en ATP. Así, cuando la célula necesita realizar un 
proceso tal como la biosíntesis o la contracción muscular, rompe el enlace y libera la energía 
el sistema ADP-ATP funciona 
ATP es la forma rica o cargada de 
de las células, y el ADP la forma pobre o 
a dióxido y agua se libera 2842,4 kJ y con parte de esta 
5 kJ/mol de ATP sintetizado a partir de 
relación entre la cantidad de energía 
liberada y la almacenada se obtiene una eficiencia del 41% del proceso total. Los restantes 59% se 
disipa como calor. La energía almacenada en el ATP es empleada para mantener el estado 
O TERMODINÁMICA BIOQUÍMICA, es el estudio de los cambios de energía que 
acompañan a las reacciones bioquímicas. Proporciona los principios que explican las causa de que 
algunas reacciones puedan producirse en tanto que otras no. Los sistemas no biológicos pueden 
utilizar la energía calorífica para realizar trabajo, pero los sistemas biológicos son en esencia 
isotérmicos y emplean la energía química para energizar el proceso de la vida. 
Nutrición – TD aplicada a SV – AGC 21 
 
11. Reacciones de oxidorreducción 
En el funcionamiento de las baterías, la corrosión del hierro, el oscurecimiento de algunos alimentos 
y la respiración de los animales ocurren reacciones de oxidorreducción y son procesos espontáneos 
Lavoisier fue el primero en reconocer que el oxígeno era capaz de combinarse con otros elementos 
para dar compuestos que llamó óxidos. Toda ganancia de oxígeno se considera una oxidación porque 
el oxígeno es el aceptor de electrones. 
Posteriormente se percibió que la pérdida de hidrógeno involucra reacciones de reducción. 
En el caso de oxidación de iones metálicos se produce una pérdida de electrones, y su reducción por 
la ganancia de electrones, sin intervención directa de oxígeno e hidrógeno. Por lo que es necesario un 
acepto de electrones. 
Se ha generalizado el concepto de reacción de oxidorreducción o reacción redox. 
Se define: 
OXIDACION: ganancia de oxígeno, pérdida de hidrógeno o pérdida de electrones. Cuando hay una 
oxidación un reductor se oxida. 
REDUCCION: pérdida de oxígeno, ganancia de hidrógeno o ganancia de electrones. 
Una sustancia oxidante es una sustancia capaz de tomar electrones de otro. 
Una sustancia reductora es una sustancia capaz de ceder electrones a otra. En este tipo de 
reacciones existe siempre una sustancia que se reduce, mientras que otra sustancia se oxida. 
La sustancia que hace posible que otra se oxide se llama agente oxidante o el oxidante. El oxidante 
elimina los electrones de otra sustancia y los toma para sí (como el oxígeno). De manera similar el 
agente reductor o reductor, es una sustancia que cede electrones y por consiguiente ocasiona que otra 
sustancia se reduzca. Por lo tanto el reductor se oxida durante el proceso redox: 
reacción de oxidación: reductor  oxidante + n e- 
reacción de reducción: oxidante + n e- reductor 
A cada reacción se le asigna un potencial eléctrico que mide la energía potencial por carga eléctrica 
y proporciona una medida de la fuerza impulsora para que ocurra la semirreacción. Los potenciales de 
semirreacción estándar son propiedades intensivas. 
Por convención, se tabulan los potenciales de reducción estándar de las sustancias en agua a 
25°C, la unidad del potencial es el volt (V). Mientras más positivo sea el potencial de reducción, mayor 
será la fuerza impulsora para que se produzca la reacción de reducción en condiciones estándar. 
Potenciales de reducción estándar (E’o) de importancia biológica 
 
 
 
 
 
 
 
V011OHPiruvatoO2
1Lactato 22 .
V820OHe2H2O2
1
V190e2H2PiruvatoLactado
22 .
.




Nutrición– TD aplicada a SV – AGC 22 
 
 
11.1. Reacciones de oxidación biológicas 
El conjunto de reacciones que permiten la oxidación de una molécula de sustrato de naturaleza 
orgánica a dióxido y la eliminación de los protones (H+) o de los electrones procedentes de esta 
molécula en forma de agua, se llama respiración celular. 
La respiración celular ocurre en organelas especializadas: las mitocondrias, a las que se aporta el 
oxígeno captado del aire por el aparato respiratorio. La respiración celular produce liberación de 
energía. Esa energía es captada por el ADP para formar ATP. Esta síntesis recibe el nombre de 
fosforilación oxidativa (acoplada a la respiración celular).