2 bioenergética

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LA VIDA ES UN ESTADO QUE REQUIERE PERMANENTEMENTE DE UN APORTE EXTERIOR DE ENERGÍA LIBRE QUE PERMITA A LOS SERES VIVOS, CUMPLIR DIVERSAS FORMAS DE TRABAJO PARA SU MANTENIMIENTO Y DESARROLLO.
LA ENERGÍA EXTERNA SE OBTIENE EN FORMA DE ENERGÍA POTENCIAL, CONTENIDA EN LAS MOLÉCULAS QUE FORMAN LOS NUTRIENTES QUE SE INGIEREN EN LOS ALIMENTOS.
LA BIOENERGÉTICA SE OCUPA DE LAS TRANSFORMACIONES QUE SUFRE LA ENERGÍA DE FUENTE EXTERNA, PARA CONVERTIRSE EN DIVERSAS FORMAS DE TRABAJO
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BIOENERGÉTICA*
Es la parte de la biología muy relacionada con la física, que se encarga del estudio de los procesos de absorción, transformación y entrega de energía en los sistemas biológicos.*
Es la “Bioquímica termodinámica” que estudia los cambios de energía que acompañan a las reacciones bioquímicas 
Los animales obtienen el combustible para la vida, de su alimento y de los tejidos de reserva. La transformación de éste en energía es el estudio del metabolismo energético
*RAE
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La muerte por inanición ocurre cuando las reservas de energía disponibles se agotan, y ciertas formas de malnutrición están asociadas con un desequilibrio energético (marasmo). Las hormonas tiroideas controlan la tasa metabólica (tasa de liberación de energía) y los resultados de la enfermedad si funcionan mal. El almacenamiento excesivo de energía excedentaria causa obesidad, una enfermedad cada vez más común en la sociedad occidental que predispone a muchas enfermedades, incluidas las enfermedades cardiovasculares y la diabetes mellitus tipo 2, y disminuye la esperanza de vida.
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BIOENERGÉTICA
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La muerte por inanición ocurre cuando las reservas de energía disponibles se agotan, y ciertas formas de malnutrición están asociadas con un desequilibrio energético (marasmo). Las hormonas tiroideas controlan la tasa metabólica (tasa de liberación de energía) y los resultados de la enfermedad si funcionan mal. El almacenamiento excesivo de energía excedentaria causa obesidad, una enfermedad cada vez más común en la sociedad occidental que predispone a muchas enfermedades, incluidas las enfermedades cardiovasculares y la diabetes mellitus tipo 2, y disminuye la esperanza de vida.
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caloría: calor necesario para elevar la temperatura de un gramo de agua 1º C (de 14,5 a 15,5º C ) a 1 atm de presión.
1Kcal = 1 Cal = 1000 cal 
1Mcal = 1000 Kcal
joule: energía necesaria para desplazar una masa de un kilogramo una distancia de un metro con una aceleración de un metro/segundo
1 Cal = 4184 Joules
UNIDADES CUANTIFICADORAS DE ENERGÍA
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ENERGÍA: Capacidad de realizar trabajo
Energía cinética: Relacionada al movimiento
Energía potencial: En la que se considera a la energía química. Depende de su posición o configuración, es la energía contenida por ejemplo en los enlaces químicos, se aprovecha mediante reacciones químicas en las que cambia su configuración molecular, pudiendo ser transformada en otros tipos de energía.
En un sistema químico, la energía potencial se relaciona con la probabilidad de que los átomos puedan reaccionar entre si.
ENERGÍA METABÓLICA
Energía generada por organismos vivos mediante procesos químicos de oxidación de los alimentos ingeridos
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Termodinámica
Parte de la física en que se estudian las relaciones entre el calor y las restantes formas de energía*
Sistema: se refiere a la materia incluida en una región definida del espacio.
Entorno: Toda la materia del universo restante.
*RAE
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LEYES DE LA TERMODINAMICA
Ley cero: «Si se pone un objeto con cierta temperatura en contacto con otro a una temperatura distinta, ambos intercambian calor hasta que sus temperaturas se igualan»
Primera ley: La energía total del Universo se mantiene constante. No se crea ni se destruye, sólo se transforma
Segunda ley: para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.
Tercera ley: La entropía de un sistema se aproxima a un valor constante cuando la temperatura se aproxima al cero absoluto
LEYES DE LA TERMODINAMICA
Ley cero: «Si se pone un objeto con cierta temperatura en contacto con otro a una temperatura distinta, ambos intercambian calor hasta que sus temperaturas se igualan
LEYES DE LA TERMODINAMICA
Ley cero: «Si se pone un objeto con cierta temperatura en contacto con otro a una temperatura distinta, ambos intercambian calor hasta que sus temperaturas se igualan
Primera ley: La energía total del Universo se mantiene constante. No se crea ni se destruye, sólo se transforma
LEYES DE LA TERMODINAMICA
Ley cero: «Si se pone un objeto con cierta temperatura en contacto con otro a una temperatura distinta, ambos intercambian calor hasta que sus temperaturas se igualan
Primera ley: La energía total del Universo se mantiene constante. No se crea ni se destruye, sólo se transforma
Segunda ley: para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero
https://joseantoniomartin.wordpress.com/2019/06/02/la-entropia/
LEYES DE LA TERMODINAMICA
Ley cero: «Si se pone un objeto con cierta temperatura en contacto con otro a una temperatura distinta, ambos intercambian calor hasta que sus temperaturas se igualan
Primera ley: La energía total del Universo se mantiene constante. No se crea ni se destruye, sólo se transforma
Segunda ley: para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero
https://joseantoniomartin.wordpress.com/2019/06/02/la-entropia/
Tercera ley: La entropía de un sistema se aproxima a un valor constante cuando la temperatura se aproxima al cero absoluto
LA PRIMERA Y SEGUNDA LEYES DE LA TERMODINÁMICA, RIGEN EL COMPORTAMIENTO DE LOS SISTEMAS BIOQUÍMICOS
Primera ley de la termodinámica o principio de conservación de la energía: "La energía total del Universo se mantiene constante. No se crea ni se destruye, sólo se transforma“
La energía total de un sistema y su entorno permanece constante.
La primera ley implica que cualquier energía liberada en la formación de enlaces químicos pueda utilizarse para romper otros enlaces, liberarse como calor, o almacenarse de alguna otra manera
Eentra- Esale= Esistema
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Segundo principio de la termodinámica: para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.
El flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico
Entropia (S), una medida del nivel de libertad o desorden de un sistema.
La entropía puede disminuir localmente (al formarse estructuras ordenadas) solo si en otras partes del universo aumenta en una magnitud igual o superior. Su disminución local viene con frecuencia acompañada por la liberación de calor, el cual aumenta la entropía del ambiente.
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Entalpia (H) contenido de calor
Si fluye calor del sistema al entorno, el contenido de calor, (H) del sistema
se vera reducido (Hsistema.)
Si el calor va del sistema al entorno, la entropía aumentará y ese cambio dependerá del calor transferido. El cambio de entropía será proporcional a la cantidad de calor transferida por el sistema e inversamente proporcional a la temperatura del entorno.
El cambio de entropía será mayor cuando el calor se cede a un entorno frío 
(a menor temperatura, mayor orden en el sistema)
*Stryer. Bioquímica von aplicaciones clínicas. 7a ed. 2013 Edit Reverté. 
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entalpia (H) contenido de calor
En los sistemas biológicos, T [temperatura absoluta, en grados kelvin (K)] se supone que es constante. Por lo que, el cambio de entropia del entorno viene dado por
 Sentorno = -Hsistema / T	 (1)
Siendo el cambio total de entropía: Stotal = Ssistema + Sentorno		(2)
Sustituyendo 1 en 2 	 Stotal = Ssistema -Hsistema / T	 (3)
Multiplicando por –T	 -TStotal =-TSsistema + Hsistema	 (4)
 
-TS = ENERGÍA LIBRE DE GIBS G= Hsistema - TSsistema (5)
Para que la reacción sea espontánea Ssistema debe aumentar :
Ssistema  Hsistema / T  TSsistema  Hsistema (6)
(6) Sólo se cumpliría si :  G = Hsistema — THsistema < 0 
*Stryer. Bioquímica von aplicaciones clínicas. 7a ed. 2013 Edit Reverté. 
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en honor de Josiah Willard Gibbs, que desarrollo esta función en 1878:
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Por consiguiente, el cambio de energía libre debe ser negativo para que una reacción resulte espontanea:  G < 0
Un cambio de energia libre negativo viene siempre acompañado de
un aumento en la entropia total del universo. 
La energía libre representa un solo término que tiene en cuenta tanto la entropia del sistema como la del entorno.
*Stryer. Bioquímica von aplicaciones clínicas. 7a ed. 2013 Edit Reverté. 
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en honor de Josiah Willard Gibbs, que desarrollo esta función en 1878:
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La energía libre de Gibbs (G) de un sistema es la energía utilizable, es el potencial químico; la reacción será posible sin añadir energía, si la variación de energía entre los reactantes y los productos es negativa, es decir, si se libera energía
G = Gfinal - G inicial
Siendo G = variación de energía libre
ENERGÍA LIBRE (G)
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Mientras mayor sea la diferencia de temperatura, mayor será el cambio de entropía. La entropía, se relaciona directamente con la temperatura
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Considerando T como temperatura absoluta en grados Kelvin, la relación entre el cambio de energía libre y el cambio de entropía puede considerarse para condiciones biológicas de presión y temperatura
ΔG = ΔH−TΔS
Donde ΔH es el cambio de entalpía (calor)
En reacciones bioquímicas, ya que ΔH es aproximadamente igual al cambio total en la energía interna de la reacción o ΔE,
La relación anterior se puede expresar de la siguiente manera
ΔG = ΔE−TΔS.
ENERGÍA LIBRE (G)
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Reacción exergónica: Cuando el ΔG es negativo. La reacción ocurre espontáneamente
Sistema en equilibrio: Cuando ΔG es cero. La reacción no tiene lugar.
Reacción endergónica: Cuando el ΔG es positivo, la reacción ocurre solo si hay aporte de energía libre
El ΔG de una reacción solo depende de la diferencia entre el ΔG de los productos y el de los reactantes independientemente del camino de la transformación.
El ΔG no proporciona información sobre la velocidad de la reacción
ENERGÍA LIBRE (G)
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ΔG0′ = −RT lnK′
ENERGÍA LIBRE (G)
Energía libre estandar: ΔG0
Cuando las concentraciones son 1 M
En sistemas biológicos, las condiciones estandar se consideran, pH 7, concentraciones 1 M, temperatura 250C (298 K) y 1 atm de presión. En este caso, el cambio de energía ibre se denomina ΔG0′ y puede ser calculado a partir de la constante de equilibrio Keq
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ΔG0’ = Cambio de energía libre estandar, 
Para una reacción química, ΔG puede determinarse a partir de la constante de equilibrio de una reacción (K)
A + B C + D Keq = [C][D]/[A][B]
En condiciones estándar de Presión y temperatura
ΔG° = – RT(ln K)
ΔG cuando las condiciones no son estándar:
ΔG = ΔG° + RT(ln K)
ENERGÍA LIBRE (G)
La representación de ° se refiere a las condiciones estándar que son 1 atmósfera y 25°C o 298 K de temperatura. 
A + B C + D
ΔG = ΔGo + RT ln ( [C] [D]/[A] [B] )
ΔGo = Cambio de energía libre estándar.
R = Constante de los gases 
 = 8.315 KJ/mol.K
 = 1.987 Kcal/mol.K
CAMBIO DE ENERGÍA LIBRE (ΔG)
T 	 = Temperatura absoluta (=273oC)
[A] [B] [C] [D] = Concentraciones molares de los reactantes
ΔG = ΔGo + RT ln K 
 ΔGo ‘ = ΔGo a pH 7
En equilibrio:
0 = ΔGo’ + RT ln K
ΔGo’ = - RT ln Ko’ 
K = ([C] [D]/[A] [B])
ΔGo’ = - 2.303 RT log Ko’ 
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CAMBIO DE ENERGÍA LIBRE (ΔG)
Ejemplo:
Relación GAP/DHAP en el equilibrio a 250C (298 K) y pH 7 = 0.0475
ΔGo’ = - 2.303 RT log Keqo’
ΔGo’ = - 2.303 x 1,987 x 298 x log 0.0475
ΔGo’ = 1.8 Cal/mol
Reacción endergónica, 
NO ESPONTANEA
Dihidroxiacetona fosfato (DHAP)
Gliceraldehido-3-fosfato (GAP)
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CAMBIO DE ENERGÍA LIBRE (ΔG)
Ejemplo:
Relación B/A en el equilibrio a 250C (298 K) y pH 7 = 0.0475
ΔGo’ = - 2.303 RT log Keqo’
ΔGo’ = - 2.303 x 1,987 x 298 x log 0.0475
ΔGo’ = 1.8 Cal/mol
Reacción endergónica, 
NO ESPONTANEA
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A
B
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CAMBIO DE ENERGÍA LIBRE (ΔG)
G-1-P G-6-P
En condiciones de equilibrio, a pH 7 y 25 0C
G-1-P = 0.001M
G-6-P = 0.019 M
Calculando :
Keq = 0.019/0.001
Keq = 19
Ejemplo:
ΔGo’ = - 2.303 x 1,987 x 298 x log 19
ΔGo’ = -1.3 Kal/mol
Reacción exergónica, ESPONTANEA
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CAMBIO DE ENERGÍA LIBRE (ΔG)
https://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/juansqui/complequifi7.htm
CH3COCOO- + NADH+H+ CH3CHOHCOO- + NAD
 piruvato lactato
En condiciones de equilibrio, a pH 7 y 25 0C
K = 1.6 x 104
ΔGo’ = - 2.303 x 1,987 x 10-3x 298 x log 1.6 x 104
Ejemplo:
ΔGo’ = -5.3 Kal/mol
Reacción exergónica, ESPONTANEA
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El G de una reacción es independiente del camino (o mecanismo molecular) que sigue la transformación.
El G para la oxidación de glucosa a CO2 y H20 es el mismo, tanto si transcurre por combustión, como si se produce en una célula mediante una serie de etapas catalizadas enzimáticamente.
Un G negativo indica que una reacción puede transcurrir espontáneamente, pero no significa que pueda llevarse a cabo a velocidad apreciable. 
ENERGÍA LIBRE (G)
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