La bioenergética estudia los cambios de energía en reacciones bioquímicas. Existen tres tipos de sistemas: aislados, cerrados y abiertos. La primera ley de la termodinámica establece que la energía total se conserva. La segunda ley indica que los procesos espontáneos tienden a aumentar la entropía. La energía libre de Gibbs es un indicador de espontaneidad para sistemas biológicos abiertos, donde los procesos con ∆G negativo son espontáneos.

1. BIOENERGÉTICA
Morillo R. José G.

2. DEFINICIONES
•La termodinámica es la ciencia que estudia la
energía y sus transformaciones
•La bioenergética o termodinámica bioquímica
es el estudio de los cambios de energía que
ocurren en las reacciones bioquímicas

3. DEFINICIONES
La energía del universo es constante
La entropía del universo está aumentando

4. DEFINICIONES
SISTEMA: Es la porción de universo que tomamos
SISTEMA
como objeto de estudio.
Existen tres tipos de sistemas:
•Sistemas Aislados
•Sistemas Cerrados
•Sistemas Abiertos
ESTADO DE UN SISTEMA: es el conjunto de
SISTEMA
propiedades que permiten definirlo (ej.: P, V, T)
SISTEMA + ENTORNO= UNIVERSO

5. ENERGÍA TOTAL DE UN SISTEMA
La suma de todas las formas de energía de
un sistema se denomina energía total, la
total
cual es la suma de las energías cinética,
potencial e interna.
La energía interna representa la energía
molecular de un sistema (energía de las
moléculas, sus interacciones, energía de
protones, etc.).

7. CONCEPTO DE EQUILIBRIO
TERMODINÁMICO
Un sistema se define como termodinámicamente
en equilibrio si mantiene un equilibrio térmico,
mecánico, de fase y químico.

8. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
“Conservación de la Energía”
Energía
La energía no se crea ni se destruye. Se
conserva constante y puede interconvertirse.
E=q – w
•q
es el calor hacia el sistema
•w es el trabajo hecho por el sistema
•E
es la energía interna y
•∆E es la variación entre el estado final
y el inicial. Es una función de estado

9. ENTALPIA
∆H representa la medida del cambio de energía que
ocurre en un proceso a presión constante:
H= E + PV
or
∆H= ∆E + P∆V
Cambio en Energía
El cambio de entalpía depende únicamente del estado
inicial y final de la reacción, por lo que constituye una
función de estado. A volumen constante:
∆H= ∆E
Si el sistema es una reacción química la entalpía es el
calor de reacción a presión constante

10. “Los procesos espontáneos tienden a
aumentar la entropía hasta un valor
máximo”
máximo
•La segunda ley provee criterios para determinar si
un proceso se producirá o no pero no nos dice nada
acerca de la velocidad del proceso La termodinámica
permite
predecir
si
un
proceso
ocurrirá
espontáneamente
•La cinética química permite predecir
velocidad se produce dicho proceso.
a
qué

11. ENTROPÍA (S)
La entropía es una medida del grado de desorden de un
sistema.
Los sistemas moleculares tienen una tendencia hacia el
máximo desorden.
La segunda ley se puede resumir como:
∆Ssistema + ∆Sentorno= ∆Suniverso>0 en todo proceso real
S=kln W
S
= Entropía
K
= Constante de Boltzmann
W
= es el número de formas diferentes que se pueden
encontrar los componentes del sistema

12. ENTROPÍA (S)

13. La tendencia al equilibrio es una
consecuencia de la tendencia al
aumento de la entropía. La entropía del
universo NUNCA disminuye (i.e.,la
transición de (c) a (b) no ocurre nunca
espontáneamente)

14. LA ENERGÍA LIBRE DE GIBBS (G): UN
INDICADOR DE ESPONTANEIDAD
• Los sistemas biológicos son sistemas abiertos por lo
cual se requiere una nueva función de estado que
incluya tanto energía como entropía.
• La variación de energía libre de Gibbs (G) es la
función de estado que mejor describe la segunda ley
en estos sistemas..
∆G= ∆H – T. ∆S
∆G
es la diferencia de energía libre
∆H
es la diferencia de entalpía
∆S
es la diferencia de entropía
T
es la temperatura absoluta ( en ºK)

15. LA ENERGÍA LIBRE DE GIBBS (G): UN
INDICADOR DE ESPONTANEIDAD
Conceptualmente podemos definir ∆G como la
fracción de variación total de energía que es
capaz de efectuar trabajo a medida que el
sistema tiende al equilibrio, a P y T constante.
∆G= - w ( trabajo máximo)
Cuanto más alejado esté el sistema
equilibrio, más trabajo podrá realizar
del
Los sistemas vivientes se encuentran alejados
del equilibrio para poder realizar trabajo

16. LA ENERGÍA LIBRE DE GIBBS (G): UN
INDICADOR DE ESPONTANEIDAD
Una nueva forma de enunciar la segunda ley (la
más importante para nuestros fines) sería:
“Dado un sistema abierto, el criterio para que un
proceso sea espontáneo a P y T constantes, es
que ∆G sea negativo".
∆G < 0 Proceso exergónico
∆G > 0 Proceso endergónico
En el equilibrio, ∆G= 0

17. ENERGÍA LIBRE DE ACTIVACIÓN

18. REACCIONES ACOPLADAS
Una cantidad termodinámica (ej: .∆G, ∆H o ∆S) nos
indica que una reacción es permitida, A
B está
“permitida”;
B
A no es espontánea, a menos que se le
acople otra reacción favorecida (ej: ATP
ADP)
Sin embargo, para que la reacción se produzca, la
energía neta debe descender (i.e., ∆G total debe ser
negativa)