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Después de estudiar este capítulo, usted debe ser capaz de:
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Enunciar la primera y segunda leyes de la termodinámica, y entender cómo se aplican a sistemas biológicos.
Explicar qué significan los términos energía libre, entropía, entalpía, exergónico y endergónico.
Apreciar cómo las reacciones que son endergónicas pueden ser impulsadas por acoplamiento a las que son exergónicas en sistemas biológicos.
Entender el papel de fosfatos de alta energía, ATP y otros nucleótido trifosfatos en la transferencia de energía libre desde procesos exergónicos hacia endergónicos, lo que les permite actuar como la “moneda de energía” de las células.
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La bioenergética, o termodinámica bioquímica, es el estudio de los cambios de energía que acompañan a reacciones bioquímicas. Los sistemas biológicos son, en esencia, isotérmicos, y usan energía química para impulsar procesos vivos. El modo en que un animal obtiene combustible idóneo a partir de sus alimentos para proporcionar esta energía es básico para el entendimiento de la nutrición y el metabolismo normales. La muerte por inanición ocurre cuando se agotan las reservas de energía disponibles, y ciertas formas de malnutrición se relacionan con desequilibrio de energía (marasmo). Las hormonas tiroideas controlan el índice de liberación de energía (índice metabólico) y sobreviene enfermedad cuando funcionan mal. El almacenamiento excesivo de energía excedente causa obesidad, misma que es cada vez más común en la sociedad occidental, padecimiento que predispone a muchas enfermedades, como enfermedad cardiovascular y diabetes mellitus tipo 2, además de que disminuye la esperanza de vida del individuo.
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LA ENERGÍA LIBRE ES LA ENERGÍA ÚTIL EN UN SISTEMA
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El cambio de energía libre de Gibbs (ΔG) es la porción del cambio de energía total en un sistema que está disponible para desempeñar trabajo, es decir, la energía útil, también conocida como el potencial químico.
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Los sistemas biológicos se conforman a las leyes generales de la termodinámica
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La primera ley de la termodinámica establece que la energía total de un sistema, incluso sus alrededores, permanece constante. Eso implica que dentro del sistema total, la energía no se pierde ni se gana durante cambio alguno; sin embargo, sí se puede transferir de una porción del sistema a otra, o transformarse en otra forma de energía. En sistemas vivos, la energía química se transforma en calor o en energías eléctrica, radiante o mecánica.
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La segunda ley de la termodinámica establece que para que un proceso ocurra de manera espontánea, es necesario que la entropía total de un sistema aumente. La entropía es la extensión de trastorno o de aleatoriedad del sistema y alcanza su punto máximo conforme logra el equilibrio. En condiciones de temperatura y presión constantes, el vínculo entre el cambio de energía libre (ΔG) de un sistema que está reaccionando y el cambio de entropía (ΔS...