Biosisocoquimica

INTRODUCCIÓN

El ser humano utiliza con frecuencia una herramienta para explicar sucesos complejos: la clasificación. Así, originalmente la ciencia fue dividida en fenómenos relacionados con la transformación de la materia –química–, con cambios que no requerían reacciones químicas –física– y con fenómenos relacionados con la vida –biología.

Con el paso del tiempo fue acumulándose nuevo conocimiento y las fronteras entre esas tres disciplinas se expandieron llegando a ser vecinas y actualmente hasta indivisibles. Así, pudo verse que las leyes de la física podían aplicarse a objetos tan pequeños como átomos y moléculas, pudiendo sentar bases teóricas para las reacciones químicas.

Esta aproximación que mezcla física y química se llamó fisicoquímica. Por otro lado, a partir de la revolución estructural de mediados del siglo pasado, en la que se determinaron las primeras estructuras de macromoléculas, una cantidad cada vez mayor de fenómenos biológicos pudieron ser explicados a partir de su química, esto es, interpretarlos conociendo detalles del comportamiento e interacción entre esas macromoléculas. Así surgió la unión de la biología y la química en la bioquímica.

CONTENIDO

UNIDAD I: Relacionar los principios de la primera Ley de la Termodinámica y su relación con los sistemas biológicos.

1.1 Concepto de termodinámica.

1.2 La célula como sistema termodinámico

1.3 Primera Ley de la Termodinámica

1.4 La energía exterior para convertir dos sustratos en productos

1.5 -Sistema biológico donde el volumen permanece constante, por lo que H y E son equivalentes.

1.6 Aplicabilidad de la primera Ley de la Termodinámica en los sistemas biológicos

UNIDAD II: Caracterizar los principios de la segunda ley de la termodinámica y su relación con los sistemas biológicos

2.1 Segunda Ley de la Termodinámica

2.2 -Aplicabilidad de la segunda ley de la termodinámica

2.3 Sistema cerrado y sistema abierto

2.4 Organismos vivos como sistema abierto

UNIDAD VII: DETERMINAR EL FLUJO PRODUCIDO POR LA PRESIÓN OSMÓTICA

4.1 Término presión osmótica

4.2 Momento donde la presión osmótica se hace mayor

4.3 Significado de osmolaridad y plasmólisis

4.4 Presión Osmótica del agua pura.

4.5 Glóbulos rojos en agua

4.6 Soluciones hipertónica, hipotónica e isotónica

UNIDAD I- Relacionar los principios de la primera Ley de la Termodinámica y su relación con los sistemas biológicos.

1.1 Concepto de termodinámica.

Se identifica con el nombre de termodinámica a la rama de la física que hace foco en el estudio de los vínculos existentes entre el calor y las demás variedades de energía. Analiza, por lo tanto, los efectos que poseen a nivel macroscópico las modificaciones de temperatura, presión, densidad, masa y volumen en cada sistema

Es importante subrayar que existe una serie de conceptos básicos que es fundamental conocer previamente a entender cómo es el proceso de la termodinámica. En este sentido uno de ellos es el que se da en llamar estado de equilibrio que puede definirse como aquel proceso dinámico que tiene lugar en un sistema cuando tanto lo que es el volumen como la temperatura y la presión no cambian.

1.2 La célula como sistema termodinámico

Un sistema termodinámico (también denominado sustancia de trabajo) se define como la parte del universo objeto de estudio. Un sistema termodinámico puede ser una célula, una persona, el vapor de una máquina de vapor, la mezcla de gasolina y aire en un motor térmico, la atmósfera terrestre, entre otros.

El sistema termodinámico puede estar separado del resto del universo (denominado alrededores del sistema) por paredes reales o imaginarias. En este último caso, el sistema objeto de estudio sería, por ejemplo, una parte de un sistema más grande.

Las paredes que separan un sistema de sus alrededores pueden ser aislantes (llamadas paredes adiabáticas) o permitir el flujo de calor (diatérmicas).

Los sistemas termodinámicos pueden ser aislados, cerrados o abiertos.

• Sistema aislado: es aquél que no intercambia ni materia ni energía con los alrededores.

• Sistema cerrado: es aquél que intercambia energía (calor y trabajo) pero no materia con los alrededores (su masa permanece constante).

• Sistema abierto: es aquél que intercambia energía y materia con los alrededores.

Cuando un sistema está aislado y se le deja evolucionar un tiempo suficiente, se observa que las variables termodinámicas que describen su estado no varían. La temperatura en todos los puntos del sistema es la misma, así como la presión. En esta situación se dice que el sistema está en equilibrio termodinámico.

Las células presentan un constante flujo de energía porque son sistemas termodinámicos abiertos, ya que continuamente están intercambiando energía e información con su medio ambiente, con el que mantienen un equilibrio dinámico.

Como resultado del proceso evolutivo, todos los organismos, independientemente de la complejidad que poseen, presentan determinadas características comunes que implican transformaciones continuas e intercambio de energía, relacionadas con el funcionamiento del individuo como sistema termodinámico, entre las que se encuentran, por ejemplo:

Intercambia sustancias, energía e información con el medio ambiente realiza el metabolismo, en el que de forma acoplada se degradan y se sintetizan moléculas con la consiguiente liberación y utilización de energía.

Es un sistema autor regulado de materia viva, en el que se integra todos los sistemas que lo constituyen. Se perpetua mediante la reproducción, se transforma y se adapta, lo que tiene su base en el ciclo celular, cuyas bases moleculares se encuentran en las propiedades del ADN: replicación, transcripción y mutación.

Se transforma a partir del desarrollo de nuevas características adaptativas, surgiendo nuevos genotipos que aumentan su frecuencia en las poblaciones por acción de la selección natural, como resultado de la evolución.

Recibe información procedente del medio interno y del medio ambiente, produciendo respuestas adaptativas que permiten el mantenimiento de la homeostasis.

Se desarrolla individualmente como un todo íntegro, tendiendo al desorden o entropía durante el envejecimiento.

1.3 Primera Ley de la Termodinámica

También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará.

Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna.

Fue propuesta por Nicolas Léonard Sadi Carnot en 1824, en su obra Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, en la que expuso los dos primeros principios de la termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos de su época, y más tarde fue utilizada por Rudolf Clausius y Lord Kelvin para formular, de una manera matemática, las bases de la termodinámica.

La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:

Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma:

Donde U es la energía interna del sistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema

1.4 La energía exterior para convertir dos sustratos en productos

Considérese un proceso bioquímico en el cual la energía del exterior del sistema se emplea para convertir dos sustratos (A+B) en dos productos (C+D)

ENERGIA + A+B C+D

La energía absorbida en la reacción directa es exactamente igual a la energía liberada en la acción inversa.

El cambio en energía interna del sistema ∆E, antes y después del proceso se puede expresar como ∆E: q-w en donde q es el calor que el sistema absorbe de su entorno y que w se define como el trabajo hecho por el sistema sobre su entorno. Los términos q y w no son funciones de estado, ya que son dependientes de lo que ocurre cuando el sistema va de su estado inicial a su estado final.

1.5 -Sistema biológico donde el volumen permanece constante, por lo que H y E son equivalentes.

En los sistemas biológicos, el volumen permanece prácticamente constante, por lo que H y E son equivalentes.

Un proceso es exotérmico cuando el sistema desprende calor y ese calor pasa al entorno y en ese caso H < 0.

Un proceso es endotérmico cuando el calor es absorbido por el sistema a partir de su entorno y en ese caso H > 0

Los cambios de entalpía no determinan la espontaneidad de una reacción, el criterio para la espontaneidad se encuentra en la segunda ley de la termodinámica.

1.6 Aplicabilidad de la primera Ley de la Termodinámica en los sistemas biológicos

Los sistemas biológicos y económicos no son sistemas aislados. Ambos reciben el calor del sol. Por tanto, mientras reciban más energía que la que emiten, los sistemas económicos y biológicos podrán reducir su entropía. En palabras llanas, es decir, inexactas

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