Bioenergética y Trabajo Biológico

Bioenergética

• La bioenergética estudia la transferencia y utilización de la energía en los sistemas biológicos (reacciones bioquimicas).
• Predice si un proceso es posible.
• La vida necesita energía para realizar sus funciones básicas: nutrición, relación y reproducción.
• Las reacciones exergónicas liberan energía y las endergónicas la requieren.
• La termodinámica estudia la relación entre los cambios físicos y químicos de los sistemas y la energía que los acompaña.

Trabajo biológico

• El trabajo biológico se refiere al trabajo realizado por las células.
• El trabajo celular puede ser mecánico, químico o eléctrico.
• Ejemplos de trabajo mecánico son la contracción muscular y el movimiento de los cilios y flagelos.
• Ejemplos de trabajo químico son la síntesis de moléculas complejas, como las proteínas, y la ruptura de moléculas complejas, como la digestión de alimentos.
• Ejemplos de trabajo eléctrico son la transmisión de impulsos nerviosos y la producción de energía en las mitocondrias.

El flujo de la energía en los seres vivos.

• La energía de los alimentos se obtiene por procesos de combustión (oxidación en presencia de O2).
• Los nutrientes como azucares, lípidos y proteínas sufren procesos de hidrólisis (digestión).
• La energía se dispersa y no puede volver a producir trabajo biológico.

Metabolismo

• El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que ocurren en el cuerpo para mantener la homeostasis interna.
• El metabolismo se divide en anabolismo y catabolismo.
• El anabolismo es el proceso de construcción de moléculas complejas a partir de unidades más simples.
• El catabolismo es el proceso de degradación de moléculas complejas a unidades más simples.
• El anabolismo requiere energía (reacciones endergónicas), mientras que el catabolismo libera energía (reacciones exergónicas).

Termodinámica

• El estudio de la termodinámica se centra en la relación entre los cambios físicos y químicos de los sistemas y la energía que los acompaña.
• Las leyes de la termodinámica gobiernan cualquier reacción química.

Leyes de la termodinámica

• La primera ley de la termodinámica establece que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
• La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía (desorden) del universo siempre aumenta.
• La tercera ley de la termodinámica establece que la entropía de un sistema cristalino perfecto a 0 Kelvin es cero.

Funciones de estado

• Son propiedades de un sistema que no dependen del camino recorrido por el sistema.
• Algunos ejemplos de funciones de estado son:
  • Entalpia (H)
  • Entropía (S)
  • Energía Interna (E)
  • Energía Libre (G)
  • Presión (P)
  • Volumen (V)
  • Temperatura (T°)

Entalpia (H)

• La entalpia es la cantidad de calor que se desprende o se absorbe durante una reacción química.
• Reacción exotérmica: ∆H negativo, libera calor.
• Reacción endotérmica: ∆H positivo , absorbe calor.

Entropía (S)

• La entropía es una medida del desorden o aleatoriedad de un sistema.
• La entropía de un sistema aislado siempre aumenta en un proceso espontáneo.
• Los organismos vivos son sistemas abiertos y mantienen una baja entropía a expensas del medio ambiente, incrementando el desorden del entorno.

Energia libre de Gibbs

• La energía libre de Gibbs (G) es la energía disponible para realizar trabajo.
• Se define como: ΔG sistema = ΔH- T.ΔS entorno
• Reacción exergónica: ΔG < 0, la reacción es espontánea y libera energía.
• Reacción endergónica: ΔG > 0, la reacción no es espontánea y necesita energía para tener lugar.
• El equilibrio termodinámico se alcanza cuando ΔG = 0.

Reacciones acopladas

• Las reacciones exergónicas y endergónicas se acoplan en los procesos metabólicos.
• La energía liberada por las reacciones exergónicas se utiliza para impulsar las reacciones endergónicas.
• Las reacciones acopladas permiten que los procesos metabólicos transcurran de manera eficiente.

ATP (Adenosín Trifosfato)

• Es la principal molécula de alta energía en los sistemas biológicos.
• La hidrólisis del ATP libera energía que puede utilizarse para realizar trabajo celular.
• La energía liberada se debe a la repulsión electrostática entre los grupos fosfato, la estabilización por resonancia y el impedimento estérico.
• Fuentes de energía para la síntesis de ATP:
  • Fosforilación oxidativa
  • Glicólisis
  • Ciclo de Krebs

Calorías

• La caloría es la unidad de energía.
• Se define como la cantidad de calor necesaria para elevar un grado la temperatura de un litro de agua a la presión atmosférica normal.
• El calor de combustión de un alimento se refiere a la cantidad de energía que se libera cuando se quema ese alimento.

Balance Calórico

• El balance calórico se refiere a la cantidad de calorías que se consumen y la cantidad de calorías que se gastan.
• Se debe mantener un balance calórico para mantener una salud óptima.
• Un desequilibrio calórico puede producir obesidad o desnutrición.