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OBJETIVOS
Después de estudiar este capítulo, el lector debería:
Enunciar la primera y segunda leyes de la termodinámica y comprender cómo se aplican a los sistemas biológicos.
Explicar qué significan los términos energía libre, entropía, entalpía, exergónica y endergónica.
Apreciar cómo las reacciones que son endergónicas suelen impulsarse por el acoplamiento a aquellas que son exergónicas en los sistemas biológicos.
Explicar la función del potencial de transferencia de grupo, el trifosfato de adenosina (ATP, adenosine triphosphate) y otros trifosfatos de nucleótidos en la transferencia de energía libre de los procesos exergónicos a los endergónicos, lo cual les permite actuar como la “moneda de energía” de las células.
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IMPORTANCIA BIOMÉDICA
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La bioenergética, o termodinámica bioquímica, es el estudio de los cambios de energía que acompañan a las reacciones bioquímicas. En esencia, los sistemas biológicos son isotérmicos y usan la energía química para impulsar los procesos vivos. La forma en que un animal obtiene el combustible adecuado de su alimento para proporcionar esta energía es básica para comprender la nutrición y el metabolismo normales. La muerte por inanición sucede cuando las reservas de energía disponibles se agotan y ciertas formas de desnutrición se vinculan con el desequilibrio energético (marasmo). Las hormonas tiroideas controlan la tasa metabólica (tasa de liberación de energía) y, si funcionan mal, resultan enfermedades. El almacenamiento de energía excedente provoca obesidad, una enfermedad cada vez más frecuente en la sociedad occidental que predispone a muchas enfermedades, incluidas las cardiovasculares y la diabetes mellitus tipo 2, y reduce la esperanza de vida.
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LA ENERGÍA LIBRE ES LA ENERGÍA ÚTIL EN UN SISTEMA
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El cambio de Gibbs en la energía libre (ΔG) es la parte del cambio de la energía total en un sistema que está disponible para realizar trabajo, es decir, la energía útil, también conocida como potencial químico.
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Los sistemas biológicos se ajustan 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, incluido su entorno, permanece constante. Implica que, dentro del sistema total, la energía no se pierde ni se gana durante ningún cambio. Sin embargo, la energía llega a transferirse de una parte del sistema a otra, o transformarse en otra forma de energía. En los sistemas vivos, la energía química puede transformarse en calor o en energía eléctrica, radiante o mecánica.
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La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía total de un sistema debe aumentar para que un proceso ocurra de manera espontánea. La entropía es el grado de desorden o aleatoriedad del sistema y se vuelve máxima a medida que se acerca al equilibrio. En condiciones de temperatura y presión constantes, la relación entre el cambio de energía libre (ΔG) de un sistema que reacciona y ...