Rama de la termodinámica que estudia la forma en la que los sistemas biológicos adquieren, canalizan y utilizan la energía.

Transcripción

1 BIOENERGÉTICA Rm e l termoinámi que estui l form en l que los sistems biológios quieren, nlizn y utilizn l energí. CONCEPTOS BÁSICOS DE BIOENERGÉTICA Sistem es l prte el universo que elegimos pr el estuio. Puee trtrse e un úni élul bterin, e un pl e Petri que onteng nutrientes y millones e éluls, et. Sistem islo es el que no intermbi mteri ni energí on su entorno. Sistem erro es el que intermbi energí on su entorno, pero no intermbi mteri. Sistem bierto es el que intermbi mteri y energí on su entorno. Vribles e esto, son quells que efinen ls oniiones e un sistem (nti e sustni, presión, tempertur y volumen) Esto termoinámio e un sistem, oniiones espeífis e un sistem, inluye l nti e sustni, y os e ls vribles termoinámis (P, V, T).

2 Funión e esto, es un euión que esribe el esto termoinámio e un sistem. Energí intern (E), es l sum e l energí inéti, vibrionl y rotionl el los átomos y moléuls, l energí e los enles químios y l energí e ls interiones intermoleulres e los omponentes e un sistem. Es l pi que tiene un sistem e esrrollr lgún tipo e trbjo Energí e Gibbs (G), es l pi e un sistem e esrrollr trbjo en oniiones e tempertur y presión onstnte. Energí e Gibbs estánr (G ), energí e Gibbs 298 K, 1 tm y onentrión 1 M. Energí e Gibbs estánr ph= 7 (G ), igul que G pero ph=7 Clor (Q), es el mbio en l energí intern e un sistem y que no se ebe l trbjo relizo por el sistem. Entlpí (H), lor e reión presión onstnte. Entropí (S), es un funión e esto que ini el gro e libert o e esoren e los omponentes e un sistem. Cmbios e esto: Esto 1 Esto 2 Cmbio P 1 P 2 P 2 -P 1 = ΔP E 1 E 2 E 2 -E 1 = ΔE H 1 H 2 H 2 -H 1 = ΔH

3 Primer ley e l termoinámi En ulquier trnsformión físi o quími l nti totl e energí el universo (sistem + entorno) permnee onstnte ΔE = q - w Segun ley e l termoinámi Toos los mbios físios o químios tienen evoluionr en l ireión en l que l energí útil experimente un egrión irreversible hi un form l zr y esoren ΔS totl 0 Terer ley e l termoinámi L entropí e ulquier sustni pur en equilibrio termoinámio tiene ero T mei que l tempertur tiene ero. C p S ( T ) S0 T T 0 El mbio e entropí que result e ulquier trnsformión isoterm reversible e un sistem tiene ero según l tempertur se proxim ero. Ley ero e l termoinámi: Si os objetos A y B están por sepro en equilibrio térmio on un terer objeto C, entones los objetos A y B están en equilibrio térmio entre sí.

4 Busmos esrrollr un euión on l ul pomos estuir l energéti e ls reiones bioquímis ΔE = q - w (1) espejno q obtenemos q = ΔE + w (2) En el moelo el trbjo meánio esrrollo por un pistón, el trbjo está o por w = P ΔV (3), sustituyeno (3) en (1) obtenemos: ΔE = q - P ΔV (4) Por otr prte, un euión pr l entlpí es l siguiente: H = E + PV (5), si estuimos el mbio e entlpí entre os estos termoinámios obtenremos: ΔH = (E 2 + P 2 V 2 ) - (E 1 + P 1 V 1 ) ΔH = Δ E + P Δ V (6) y puesto que H es el ontenio lorífio presión onstnte, P 2 = P 1 = P Si se trbj volumen onstnte, ΔV = 0 y ΔH = ΔE En tles oniiones, l euión (1) se trnsform en Δ H = q - w (7)

5 Cuno se greg lor un sistem y no se observ un mbio e tempertur, es e esperrse que se presente un mbio en l entropí, esto se expres sí: q = T ΔS (8), sustituyeno (8) en (7) obtenemos: ΔH = T ΔS - w (9) Tenemos por otr prte, un euión que relion l energí e Gibbs, l entropí y l entlpí: G = H - TS (10) A tempertur onstnte, el mbio e energí e Gibbs en el sistem se expres omo sigue: ΔG = ΔH - T ΔS (11) Si reorenmos l euión (9) obtenemos: -w = ΔH - T ΔS (12) Por nlogí e ls euiones (11) y (12) poemos euir que: ΔG = -w Cuno ΔG es negtivo w será positivo y signifi que se reliz trbjo útil.

6 Do que queremos obtener un euión plible ls reiones bioquímis, Sustrtos Proutos ΔG(reión) = ΔG(proutos) - ΔG(sustrtos) (13) ΔG(reión) tenrá vlores negtivos uno ΔG(sustrtos) > ΔG(proutos) ΔG ΔG(sustrtos) ΔG(proutos) Avne e l reión

7 Relión entre l energí e Gibbs y l fugi (f). G = RT lnf + B (13) En oniiones e T y P estánr G = RT lnf + B (14) Si omprmos G ierts oniiones ontr G, G - G = RT(lnf - lnf ) + B - B G = G + RT ln(f/f ) (15), puesto que (f/f ) = G = G + RT ln (16) Si plimos l euión 16 un reión bisustrto omo l siguiente, A + bb C + D G A = G A + RT ln A (17) G B = G B + RT ln B (18) G C = G C + RT ln C (19) G D = G D + RT ln D (20)

8 Sustituyeno ls euiones en l euión 13 obtenemos: G A = G A + RT ln A (17) G B = G B + RT ln B (18) G C = G C + RT ln C (19) G D = G D + RT ln D (20) ΔG(reión) = G C + RT ln C + G D + RT ln D - G A - RT ln A. bg B - RT ln B b ΔG(reión) = G C + G D - G A - bg B + RT ln C + RT ln D - RT ln A - RT ln B b ΔG(reión) = ΔG (reión) + RT ln C + RT ln D - (RT ln A + RT ln Bb ) ΔG(reión) = ΔG (reión) + RT(ln C + ln D ) RT(ln A + ln Bb ) ΔG(reión) = ΔG (reión) + RT ln C D RT ln A B b ΔG(reión) = ΔG (reión) + RT ln( C D /ln A Bb ) (21) Cuno se tienen vlores bjos e onentrión en ls reiones químis, l tivi puees ser sustitui por l onentrión, por lo que l euión 21 se puee expresr en términos e onentrión: ΔG(reión) = ΔG (reión) + RT ln(c D /A B b ) (22)

9 Keq = (C D /A B b ) ΔG(reión) = ΔG (reión) + RT ln Keq (23) En el equilibrio ΔG(reión) = 0 ΔG (reión) = - RT ln Keq (23)