Bioquímica - Bioenergética

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bioenergética
Por Irene García
Hagámoslo fácil…
BIOQUÍMICA
Por Irene García
¿QUÉ es?
Estudio cuantitativo de las transducciones de energía que
acompañan a reacciones bioquímicas, es decir, cambios de una
forma de energía en otra, que tienen lugar en las células vivas.
Conjunto particular de materia que elegimos para el estudio en
función a un proceso químico o físico determinado y que tiene límites
bien definidos (que podría ser algo tan pequeño como una célula o
tan grande como un ecosistema) se llama sistema, mientras que todo
lo que no está incluido en el sistema que hemos definido se llama
entorno.
Por Irene García
• Abierto: intercambia energía y materia con el entorno. (Nosotros/ estufa sería un sistema
abierto, porque se puede perder calor y vapor de agua en el aire)
• Cerrado: capaz de intercambiar energía, aunque no materia con el entono (Lata de
refresco, si la bato la energía aumenta, pero el refresco no sale).
• Aislado: incapaz de intercambiar energía y materia con su entorno (el universo, aunque en
la práctica no existe).
Por Irene García
Tipos de sistemas
Energía interna
Es la energía total que contiene un
sistema termodinámico. Donde los
átomos y moléculas del sistema poseen
una energía cinética de movimiento y
una energía de vibración y rotación.
Incluimos, además, toda la energía
almacenada en las interacciones
existentes entre los átomos y la energía
de las interacciones covalentes y no
covalentes entre las moléculas.
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Transferencia de energía
El calor (q) es la energía transferida de un sistema a otro (o de un sistema a sus alrededores)
debido en general a una diferencia de temperatura entre ellos. El calor que absorbe o cede un
sistema termodinámico depende normalmente del tipo de transformación que ha
experimentado dicho sistema.
• Un valor de q positivo (+) indica que el sistema absorbe calor de su entorno.
• Un valor de q negativo (-) significa que el calor fluye desde el sistema hacia su entorno.
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El trabajo (w) es cuando se ejerce una fuerza contra una resistencia para producir un
desplazamiento.
• Un valor positivo (+) de w indica que el sistema realiza trabajo sobre el entorno.
• Un valor negativo (-) significa que el entorno realiza trabajo sobre el sistema.
Primera ley
Principio de Conservación de la energía
• Establece que la energía total de un sistema, incluso sus alrededores,
permanece constante. Eso implica que la energía no se crea ni se
destruye simplemente se transforma.
• Fórmula: ∆𝐸 = 𝑞 − 𝑤
• Un proceso en el que el sistema absorbe una determinada cantidad de
calor, al tiempo que realiza una cantidad exactamente equivalente de
trabajo sobre su entorno. En este caso, tanto q como w son positivos, y q
= w, por lo que ΔE = 0.
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• Es la magnitud termodinámica que equivale de la energía interna del sistema más
la presión por el volumen, es decir, determina la cantidad de calor que un sistema
termodinámico libera o absorbe del entorno que lo rodea cuando está a una
presión constan.
❖ Cuando una reacción química libera calor, se dice que es una reacción
exotérmica y el contenido calórico de los productos es menor que el de los
reactivos y ΔH tiene un valor negativo.
❖ Cuando en una reacción química los sistemas de reacción son los que adquieren
calor del entorno, se dice que son endotérmicos y tienen valores positivos de ΔH.
• 𝐻 = 𝐸 + 𝑃 × 𝑉
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entalpía
• Cuando el calor de una reacción se mide a presión constante, lo que
se determina es ΔH, es decir, la variación de entalpia es la cantidad
de calor que se transfiere entre un sistema y su entorno, a presión
constante.
• 𝛥𝐻 = ∆𝐸 + 𝑃 × ∆𝑉
• 𝑊 = 𝑃 × ∆𝑉
• ∆𝐻 = ∆𝐸 + 𝑤
• 𝑞 = ∆𝐸 + 𝑤 = ∆𝐻 = ∆𝐸 + 𝑤
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entalpía
Segunda ley
Establece que la entropía de un sistema aislado tenderá a aumentar hacia un valor
máximo, es decir, la cantidad de entropía en el sistema tiende a incrementarse en el
tiempo. Esto refleja simplemente nuestra concepción de sentido común de que
cuando se dejan solas las cosas no se colocan de una forma más ordenada.
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En la naturaleza algunos procesos ocurren espontáneamente, por ejemplo, un gas se expande hasta
llenar todo el recipiente que lo contiene, pero el gas en esa situación no se contrae súbitamente en un
volumen más pequeño. Un objeto caliente se enfría a la temperatura de sus alrededores, pero nunca
se observa que un objeto frío aparezca súbitamente más caliente que su entorno.
• Espontáneo: un cambio que tiene tendencia a ocurrir sin que sea necesaria la intervención exterior
(en forma de trabajo).
• No espontáneo: aquel que se realiza solo si es “instigado” o "dirigida" haciendo trabajo desde el
exterior.
procesos
Por Irene García
• Procesos reversibles: son aquellos en el que el sistema permanece
constantemente en equilibrio con el entorno. El camino del estado A al B se
produce de forma infinitamente lenta; modificando ligeramente (idealmente de
manera infinitesimal) las condiciones es posible revertir el proceso y regresar por
el mismo camino de B al A; es por ello un proceso ideal.
• Procesos irreversibles: son aquellos que manifiestan una tendencia a producirse
en un determinado sentido de manera espontánea. En ellos no existe equilibrio
entre el sistema y el entorno y el sistema evoluciona de forma espontánea hasta
alcanzarlo. No es posible detenerlo e invertir el proceso por el mismo camino.
entropía
• La entropía (S) es la unidad cuantitativa termodinámica del grado de
aleatoriedad o desorden del sistema, y alcanza su punto máximo
conforme logra el equilibrio.
• 𝑆 = 𝑘 𝑖𝑛 𝑊
• Una consecuencia de esta definición es que la entropía se considera
una medida del desorden, puesto que habrá siempre muchas más
formas de colocar un número elevado de moléculas de una forma
desordenada que de una forma ordenada.
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Energía libre de gibbs
• Es la porción del cambio de energía total en un sistema capaz de realizar un trabajo
durante una reacción a temperatura y presión constante, es decir, la energía útil, también
conocida como el potencial químico.
𝐺 = 𝐻 − 𝑇 × 𝑆
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❖ Si ΔG es negativa, la reacción procede de modo espontáneo con pérdida de la energía libre; esto es,
es exergónica. Si, además, ΔG es de gran magnitud, la reacción avanza casi hasta completarse y es,
en esencia, irreversible.
❖ Si ΔG es positiva, la reacción sólo procede si es factible ganar energía libre; de modo que es
endergónica. Si, además, ΔG es de gran magnitud, el sistema es estable, con poca o ninguna
tendencia a que ocurra una reacción.
❖ Si ΔG es de cero, el sistema está en equilibrio y no tiene lugar un cambio neto, por ende, puede ser
reversible.
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ΔH ΔS ΔG (T. baja) ΔG (T. alta) Favorecido
- + - - Sí, siempre
+ - + + No, Nunca
+ + + -
A temperaturas por encima 
de la
temperatura de equilibrio
- - - +
A temperatura por debajo 
de la temperatura de 
equilibrio.
• El término G° es la energía libre por mol de sustancia en el estado estándar (1 M).
∆𝐺° = −𝑅 × 𝑇 𝑖𝑛 𝐾𝑒𝑞
• Por lo tanto, ΔG° corresponde al cambio de energía libre del estado estándar de la reacción,
es decir, el cambio de energía libre que se observaría si los moles de A y de B, ambos a
concentración 1 M, formaran moles de C y de D, ambos a 1 M.
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Energía libre estándar
❖ Si la constante de equilibrio (Keq) es mayor que 1, ΔG es negativo, cuando esto ocurre los
productos contienen mejor energía libre que los reactantes (Reactantes › Productos) y la
reacción transcurrirá de forma espontánea en condiciones estándar.
❖ Si Keq es menor que 1, ΔG es positivo, cuando esto ocurre significa que los productos de la
reacción contienen más energía libre que los reactivos, por ende, esta reacción tendrá que
transcurriré en dirección inverso (Productos › Reactantes).
entropía
• La entropía (S) es la unidad cuantitativa termodinámicadel grado de
aleatoriedad o desorden del sistema, y alcanza su punto máximo
conforme logra el equilibrio.
• 𝑆 = 𝑘 𝑖𝑛 𝑊
• Una consecuencia de esta definición es que la entropía se considera
una medida del desorden, puesto que habrá siempre muchas más
formas de colocar un número elevado de moléculas de una forma
desordenada que de una forma ordenada.
Por Irene García
THE END
Por Irene García
	Diapositiva 1
	Diapositiva 2: ¿QUÉ es?
	Diapositiva 3: Tipos de sistemas
	Diapositiva 4: Energía interna
	Diapositiva 5: Transferencia de energía
	Diapositiva 6: Primera ley
	Diapositiva 7: entalpía
	Diapositiva 8: entalpía
	Diapositiva 9: Segunda ley
	Diapositiva 10: procesos
	Diapositiva 11: entropía
	Diapositiva 12: Energía libre de gibbs
	Diapositiva 13
	Diapositiva 14: Energía libre estándar
	Diapositiva 15: entropía
	Diapositiva 16: THE END