BIOENERGETICA OBJETIVOS

BIOENERGETICA

OBJETIVOS

Adquirir los conceptos fundamentales de la relación entre materia, energía, trabajo.

Relacionar los conceptos fundamentales en los sistemas vivos.

Adquirir los conceptos de enlaces de alta y baja energía.

Aplicar el trabajo celular al funcionamiento del corazón desde la perspectiva de la energía libre.

Conceptos:

Sistema: parte de un universo que elegimos para el estudio.

Aislado: incapaz de intercambiar energía y materia con sus alrededores.

Cerrado: Intercambia energía pero no  materia.

Abierto: intercambio de materia y energía.

Materia:

Partículas elementales: leptones, mesones, quarks, Existen partículas transmisoras de fuerzas: foton, graviton: las particulas elementales y las transmisoras de fuerzas forman los protones y los neutrones.

El Big-Bang hace 15000 millones años; la expansión causa una disminución de la temperatura, aparece el átomo de H, y luego otros elementos. Las condiciones ambientales en la atmósfera primitiva llevaron a la aparición del primer organismo vivo (aprox. 4000- 3500 Mills).

Elaboración de una tasa de barro hace 1000 años. Hoy se mantiene la masa pero la consistencia es diferente; su estado físico puede ser pedacitos de taza. La materia se organiza por acción de la energía. ¿Cuánta energía se desperdicia en la elaboración de la taza? ¿Cuánto calor se libera cada segundo del sol? La energía que mantenía organizada la materia se va perdiendo. Cuanta energía se gasta para mantener un cuerpo en reposo? La desorganización de la materia solo se detiene a condiciones de –273 C.

Todo sistema (materia organizada) libera energía. La energía organiza la materia, la materia organizada trabaja. Una estrella apagada no vuelve a brillar, la taza no vuelve a ser la misma taza. Son procesos irreversibles.

Un ser vivo toma la energía del entorno, la transforma y la utiliza en el sistema. La energía tomada es de alta calidad, lo que posibilita el trabajo; parte se libera como calor: energía de baja calidad. Mientras el organismo mantiene su organización, crece, se reproduce. En el momento que empieza a gastar de su propia energía interna y no tiene manera de reponerla, se desorganiza y muere. Los seres  vivos captan energía luminosa y química.

CO2  + H2O  ---------------- C6 H12 O6  + O2

Energía es la capacidad para realizar un trabajo. ¿Cómo trabaja una célula?

¿Cómo la energía controla la fuerza de los enlaces químicos?

En un sistema si ocurre una pérdida de energía es porque ha habido una transformación que ha producido calor en una cantidad igual a la energía que ha perdido el sistema. Si al sistema se le adiciona calor, este se usa para realizar un trabajo.

Calor: energía del movimiento molecular de la materia. Cuando se mide la temperatura  se está midiendo indirectamente el calor.

Unidad: Caloría; cantidad de calor necesaria para elevar en 1C 1 gr de agua.

1 cal = 4,18 Julios

Trabajo: Aplicación de fuerza a un cuerpo suficiente para producir movimiento. (Fxd). Unidad: Joule. Trabajo realizado al aplicar una fuerza de 1 Nwt consiguiendo un desplazamiento de 1 m.

Trabajo mecánico: movimiento muscular

Trabajo osmótico: transporte de membrana

Trabajo químico: biosíntesis

Las funciones de estado:

Es imposible medir exactamente el valor, entonces se mide los cambios de acuerdo a las condiciones de las variables de Temp, presión y volumen del sistema

Einterna: Energía total del sistema

H: Entalpia: contenido de calor del sistema

S: entropía: Grado de desorden del  sistema.

G: Energia libre: energía disponible que se pueden convertir en trabajo útil.

Los cambios de energía interna corresponden a los cambios de calor (1ª ley). El cambio de calor se llama ENTALPIA

Einicial  + Calor = Efinal + Trabajo

Calor – Trabajo = ΔE

Ejercicios de aplicación de la primera Ley de termodinámica:

Cuál es el ∆E de un sistema de vapor de agua que recibe 6000 Julios en forma de calor y realiza un W de 1200 Julios. • (H) - (W) = ∆E

Sobre un sistema se realiza un W de 1500 J, se le suministran 2300 J cual es el ∆E?

Un sistema realiza un W de 3540 J y se le suministran 2300 J cual es el ∆E?

 ΔH = ΔE + Trabajo

Si ΔH es negativo, se desprende calor: exotérmica

Si ΔH es positivo: se absorbe calor: endotermica.

La energía útil con la que se efectúa un trabajo (ΔG) depende del cambio de calor del sistema, de la entropía y de la temperatura absoluta.(2ª ley)

ΔG = ΔH – ΔST.

ΔG= ΔH - ΔS T     Donde ΔH es el cambio de entalpia (calor) y T la temperatura absoluta.

El Cambio de entalpia : ΔH = ΔE + P ΔV

El cambio de volumen (ΔV)  es mínimo para casi todas las reacciones bioquímicas, por tanto :

ΔH = ΔE

De este modo, el cambio de energía libre de una reacción depende tanto del cambio en energía interna del sistema como del cambio en entropía del sistema.

ΔG= ΔE - ΔS T

A –273 C la entropía es nula (3ª ley de la termodinámica)

En un sistema existe una energía que es capaz de realizar un trabajo: Epotencial.

La energía que no produce trabajo: desordenada.

Parte de la energía se transforma en calor y en energía desordenada que no produce trabajo.

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