Biología - Eldra Solomon, Linda Berg, Diana Martin - 9 Edición-comprimido-192

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158 Capítulo 7 
En la mayoría de las reacciones bioquímicas existe poca diferencia 
de energía libre intrínseca entre reactivos y productos. Estas reacciones 
son reversibles, lo que se indica dibujando fl echas dobles:
A Δ B
Al inicio de una reacción, sólo pueden estar presentes las moléculas 
de los reactivos (A). Conforme la reacción procede, disminuye la con-
centración de las moléculas de los reactivos y aumenta la concentración de 
las moléculas del producto (B). Conforme aumenta la concentración
de las moléculas del producto, éstas pueden tener sufi ciente energía li-
bre para iniciar la reacción inversa. Así la reacción se efectúa en ambas 
direcciones en forma simultánea; si no es perturbada, fi nalmente alcanza 
un estado de equilibrio dinámico, en el que la rapidez de la reacción es 
igual en las dos direcciones. En equilibrio no existe cambio neto en el 
sistema; una reacción balancea a la reacción contraria.
A temperatura y presión dadas, cada reacción tiene su propio equi-
librio característico. Para cualquier reacción dada, los químicos pueden 
realizar experimentos y cálculos para determinar las concentraciones 
relativas de los reactivos y productos presentes en la reacción en equili-
brio. Si los reactivos tienen mucha mayor energía libre intrínseca que los 
productos, la reacción prácticamente se realiza por completo; es decir, 
alcanza el equilibrio en un punto en donde la mayor parte de los reac-
tivos se han convertido a productos. En las reacciones donde los reacti-
vos tienen mucho menos energía libre intrínseca que los productos, el 
equilibrio se logra en un punto donde muy pocas de las moléculas de los 
reactivos se han convertido en productos.
Si se incrementa la concentración inicial de A, entonces la reacción 
“se desplazará a la derecha”, y más moléculas A se convertirán en mo-
léculas B. Un efecto similar se obtiene si éstas se eliminan de la mezcla 
reactiva. La reacción siempre se desplaza en la dirección que reinstala 
el equilibrio para restaurar las proporciones de reactivos y productos 
característicos de esa reacción. El efecto opuesto ocurre si se aumenta 
la concentración de moléculas B o si las moléculas A son eliminadas; 
aquí el sistema se “desplaza a la izquierda”. El cambio de energía libre 
real que ocurre durante una reacción está defi nida matemáticamente 
para incluir esos efectos, que proceden de las concentraciones iniciales 
relativas de reactivos y productos. Las células utilizan energía para mani-
pular las concentraciones relativas de reactivos y productos de casi toda 
reacción. En general, las reacciones celulares rara vez están en equilibrio. 
Al desplazar sus reacciones lejos del equilibrio, las células proporcionan 
energía a reacciones endergónicas y dirigen su metabolismo de acuerdo 
con sus necesidades.
Las células impulsan reacciones endergónicas 
acoplándolas a reacciones exergónicas
Muchas reacciones metabólicas, como la síntesis de proteína, son anabó-
licas y endergónicas. Ya que una reacción endergónica no puede ocurrir 
sin el ingreso de energía, entonces las reacciones endergónicas están aco-
pladas a reacciones exergónicas. En las reacciones acopladas, la reac-
ción exergónica termodinámicamente favorable proporciona la energía 
requerida para manejar la reacción endergónica, termodinámicamente 
desfavorable. La reacción endergónica sólo procede si absorbe la energía 
libre cedida por la reacción exergónica a la que está acoplada.
Considere el cambio de energía libre, ∆G, en la siguiente reacción:
(1) A ¡ B ∆G = +20.9 kJ/mol (+5 kcal/mol)
De hecho, en las células hay muchas reacciones que requieren energía, y 
como se verá, los mecanismos metabólicos han evolucionado para apor-
tar la energía que “impulsa” estas reacciones celulares no espontáneas en 
una dirección dada.
La difusión es un proceso exergónico
En el capítulo 5, se vio que las partículas que se mueven aleatoriamente 
se difunden disminuyendo su propio gradiente de concentración (FI-
GURA 7-4). No obstante que los movimientos de las partículas indivi-
duales son aleatorios, el movimiento neto del grupo de partículas parece 
ser direccional. ¿Qué proporciona energía a este proceso aparentemente 
direccional? Un gradiente de concentración, con una región de alta 
concentración y otra región de más baja concentración, es un estado or-
denado. Una célula debe gastar energía para producir un gradiente de 
concentración. Como el trabajo es realizado para producir este orden, 
entonces un gradiente de concentración es una forma de energía poten-
cial. Conforme las partículas se mueven aleatoriamente, el gradiente se 
degrada. Así, la energía libre disminuye al aumentar la entropía.
En la respiración celular y en la fotosíntesis, la energía potencial 
almacenada en un gradiente de concentración de iones de hidrógeno 
(H+) es transformada en energía química en trifosfato de adenosina 
(ATP) conforme los iones de hidrógeno atraviesan la membrana dis-
minuyendo su gradiente de concentración. Este importante concepto, 
conocido como quimiosmosis, se analiza en detalle en los capítulos 8 y 9.
Los cambios en la energía libre dependen 
de la concentración de reactivos y productos
De acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, cualquier proceso 
que incrementa la entropía puede realizar trabajo. Como ya se ha anali-
zado, las diferencias en la concentración de una sustancia, como ocurre 
entre dos partes distintas de una célula, representan un estado más or-
denado que cuando la sustancia se difunde homogéneamente a través 
de la célula. Los cambios de la energía libre en cualquier reacción quí-
mica dependen principalmente de la diferencia en las energías de en-
lace (entalpía, H) entre los reactivos y los productos. La energía libre 
también depende de las concentraciones tanto de los productos como de 
los reactivos.
Gradiente 
de concentración
Exergónico 
(proceso que ocurre 
espontáneamente)
(b) Cuando las 
moléculas están 
distribuidas 
uniformemente, 
tienen gran entropía.
(a) Un gradiente de 
concentración es una 
forma de energía 
potencial.
FIGURA 7-4 Entropía y difusión
La tendencia al aumento de la entropía se puede emplear para realizar 
trabajo, en este caso, difusión.
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	Parte 2 Transferencia de energía a través de sistemas vivos 
	7 Energía y metabolismo
	7.3 Energía y metabolismo
	La difusión es un proceso exergónico
	Los cambios en la energía libre dependen de la concentración de reactivos y productos
	Las células impulsan reacciones endergónicas acoplándolas a reacciones exergónicas