Biología - Eldra Solomon, Linda Berg, Diana Martin - 9 Edición-comprimido-191

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Energía y metabolismo 157
puede medir de manera efectiva, la ecuación G = H – TS se puede am-
pliar para predecir si una reacción química particular liberará energía 
o requerirá de un ingreso de energía. La razón es que pueden medirse 
los cambios en la energía libre. Los científi cos utilizan la letra griega 
mayúscu la delta (∆) para denotar cualquier cambio que ocurre en el sis-
tema entre su estado inicial antes de la reacción y su estado fi nal posterior 
a la reacción. Para expresar qué ocurre, con respecto a la energía, en una 
reacción química, la ecuación queda:
∆G = ∆H − T∆S
Observe que la temperatura no cambia; se conserva constante durante la 
reacción. Así, el cambio en la energía libre (∆G) durante la reacción es 
igual al cambio en la entalpía (∆H) menos el producto de la temperatura 
absoluta (T) en unidades kelvin multiplicada por el cambio en la entro-
pía (∆S). Los científi cos expresan a ∆G y ∆H en kilojoules o kilocalorías 
por mol; e indican ∆S en kilojoules o kilocalorías por kelvin.
La energía libre disminuye 
durante una reacción exergónica
Una reacción exergónica libera energía y se dice que es una reacción 
espontánea o una “reacción cuesta abajo”, de alta energía libre a más baja 
(FIGURA 7-3a). Como la energía libre total en su estado fi nal es menor 
que la energía libre total en su estado inicial, entonces ∆G es un número 
negativo para reacciones exergónicas.
El término espontánea puede dar la falsa impresión de que tales reac-
ciones siempre son instantáneas. En efecto, las reacciones espontáneas 
no necesariamente ocurren con rapidez; algunas son en extremo lentas. 
La razón es que se requiere energía, conocida como energía de activa-
ción, para iniciar toda reacción, aun en una reacción espontánea. Más 
adelante, en este capítulo, se analiza la energía de activación.
La energía libre se incrementa 
durante una reacción endergónica
Una reacción endergónica es una reacción en la que existe ganancia de 
energía libre (FIGURA 7-3b). Como la energía libre de los productos es 
mayor que la energía libre de los reactivos, entonces ∆G tiene un valor 
positivo. Esta reacción no puede ocurrir aisladamente. Más bien, debe 
suceder de manera que la energía pueda ser obtenida de los alrededores. 
Como se verá, esos cambios no sólo implican alteraciones en la or-
ganización atómica sino que también en varias transformaciones ener-
géticas. El catabolismo y el anabolismo son procesos complementarios; 
las rutas catabólicas implican una total liberación de energía, algunas 
de las cuales alimentan rutas anabólicas, que tienen un requerimiento 
energético total. En las siguientes secciones, se analiza cómo predecir si 
una reacción química particular necesita energía o la libera.
La entalpía es la energía potencial 
total de un sistema
En el curso de cualquier reacción química, incluyendo las reacciones 
metabólicas de una célula, los enlaces químicos se rompen y entonces 
se pueden formar nuevos y diferentes enlaces. Cada tipo específi co de 
enlace químico tiene una cierta cantidad de energía de enlace, defi nida 
como la energía requerida para romper dicho enlace. La energía de en-
lace total, equivale en esencia a la energía potencial total del sistema, 
cantidad conocida como entalpía (H).
La energía libre está disponible 
para realizar trabajo celular
La entropía y la entalpía están relacionadas con un tercer tipo de ener-
gía, llamada energía libre (G), que es la cantidad de energía disponible 
para efectuar trabajo bajo las condiciones de una reacción química. (G, 
también conocida como “energía libre de Gibbs”, en honor a J. W. Gibbs, 
profesor de Yale y uno de los fundadores de la ciencia de la termodi-
námica). La energía libre, el único tipo de energía que puede realizar 
trabajo celular, es el tema de la termodinámica de mayor interés para un 
biólogo. La entalpía, la energía libre y la entropía se relacionan mediante 
la siguiente ecuación:
H = G + TS
en donde H es la entalpía; G es la energía libre; T es la temperatura ab-
soluta del sistema, expresada en unidades kelvin; y S es la entropía. Sin 
considerar por el momento a la temperatura, la entalpía (energía total 
de un sistema) es igual a la energía libre (la energía utilizable) más la 
entropía (la energía no utilizable).
Un reordenamiento de la ecuación muestra que conforme la entro-
pía se incrementa, entonces decrece la cantidad de energía libre:
G = H − TS
Si se supone que la entropía es cero, entonces la energía 
libre es simplemente igual a la energía potencial total (en-
talpía); un incremento en la entropía reduce la cantidad 
de energía libre.
¿Cuál es el signifi cado de la temperatura (T)? Re-
cuerde que al aumentar la temperatura, existe un in-
cremento en el movimiento molecular aleatorio, que 
contribuye al desorden y multiplica el efecto del término 
entrópico.
Las reacciones químicas implican 
cambios en la energía libre
Los biólogos analizan el papel de la energía en las múl-
tiples reacciones bioquímicas del metabolismo. No obs-
tante que la energía libre total de un sistema (G) no se 
E
ne
rg
ía
 li
br
e 
(G
)
Avance o curso 
de la reacción
Reactivos
Productos
La energía 
libre disminuye
E
ne
rg
ía
 li
br
e 
(G
)
Reactivos
Productos
La energía 
libre aumenta
(a) En una reacción exergónica, existe 
una pérdida neta de energía libre. Los 
productos tienen menos energía libre 
que la presente en los reactivos, y la 
reacción ocurre espontáneamente.
(b) En una reacción endergónica, 
existe una ganancia neta de energía 
libre. Los productos tienen más
energía libre que la que estaba
presente en los reactivos.
Avance o curso 
de la reacción
FIGURA 7-3 Animada Reacciones exergónicas y endergónicas
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	Parte 2 Transferencia de energía a través de sistemas vivos 
	7 Energía y metabolismo
	7.3 Energía y metabolismo
	La entalpía es la energía potencial total de un sistema
	La energía libre está disponible para realizar trabajo celular
	Las reacciones químicas implican cambios en la energía libre
	La energía libre disminuye durante una reacción exergónica
	La energía libre se incrementa durante una reacción endergónica