1. LA BIOENERGTICA:

1.1. Definicin:La bioenergtica o termodinmica bioqumica, es el estudio de los cambios de energa que acompaan a las reacciones bioqumicas. Proporciona los principios que explican porque algunas reacciones pueden producirse en tanto que otras no. Los sistemas no biolgicos pueden utilizar la energa calorfica para realizar trabajo, pero los sistemas biolgicos son isotrmicos y emplean la energa qumica para impulsar los procesos vitales.1La energa qumica de un compuesto est representada por el movimiento y posicin relativa de los tomos y partculas componentes; por los enlaces y atracciones y a menudo el contenido energtico de las molculas involucradas disminuye o aumenta. El curso de cualquier reaccin qumica es determinado por el contenido de energa del sistema en consideracin y por el intercambio de energa libre entre el y su entorno.2Medir el contenido de energa de un sistema puede ser difcil, en cambio resulta ms fcil determinar el cambio de energa producido entre los estados inicial y final. La forma ms comn de energa es el calor. Prcticamente todos los procesos qumicos son acompaados por consumo o produccin de calor. En el primer caso se denominan endotrmicos, en el segundo, exotrmicos.3

1.2. Energa:

Es un trmino que deriva del griego "energos", cuyo significado original es fuerza de accin o fuerza de trabajo, y de "energa" que significa actividad, operacin. El concepto se utiliza en el sentido corriente para designar el vigor o la actividad de una persona, objeto u organizacin.

Es un concepto de gran importancia en la fsica y se asocia con la capacidad de producir o realizar, cualquier cuerpo, un trabajo, una accin o un movimiento. En Fsica, se distinguen diferentes tipos de energa, siendo la Termodinmica el rea de la fsica que estudia cmo la energa crea movimiento. La ley universal de conservacin de la energa, que es el fundamento del primer principio de la termodinmica, indica que la energa ligada a un sistema aislado permanece constante en el tiempo. "La energa no se crea ni se destruye; slo se transforma".La unidad de energa definida por el Sistema Internacional de Unidades es el Joule (Newton x metro). Aunque existen muchas otras unidades de energa, algunas de ellas en desuso.7

1.2.1. Energa Calorfica: La suma de la energa potencial y de la energa sinttica de un sistema no permanece siempre constante. De una manera general, la energa mecnica total de un sistema disminuye con el frotamiento y los choques. Si por ejemplo, se frena un cuerpo durante su cada por un plano inclinado, de forma que su velocidad permanezca constante, se producir una disminucin de su energa potencial sin que aumente su energa cintica. Pero, en todos los fenmenos de esta naturaleza se produce calor. As el fsforo de las cerillas se inflama por frotamiento, las herramientas se calientan al labrar los metales, etc. S una bala de plomo se dispara contra una placa de acero, se puede alcanzar, en el momento del choque, una temperatura superior a su punto de fusin. El calor debe, por consiguiente, considerarse como una forma de energa, hiptesis que se ve corroborada por la posibilidad de producir trabajo mecnico consumiendo calor, por ejemplo, en las mquinas de calor.1.2.2. Energa: elctrica. La corriente elctrica es uno de los numerosos fenmenos que pueden producir trabajo mecnico o calor. La primera transformacin se realiza en los motores y la inversa de los generadores electromagnticos de corriente (dnamos, alternadores). En todos los conductores por los que pasan una corriente hay una produccin de calor, conocida con el nombre de efecto de joule; la transformacin contraria directa, es decir de calor en electricidad, se observa en las pilas termoelctricas y basta calentar una de las dos soldaduras de dos metales diferentes que forman parte de un circuito para que se engendre en el mismo una corriente. De ellos se deduce que existe energa elctrica y que el paso de una corriente es en realidad un transporte de energa a lo largo de un circuito. Un condensador cargado de corriente tambin energa elctrica, puesto a descargarse es capaz de producir una corriente, pero esta energa es potencial.71.2.3. Energa Qumica: Las reacciones qumicas tienen lugar con absorcin o desprendimiento de calor, segn los casos. La combustin, que es la combinacin del oxgeno del cuerpo combustible o con los elementos que lo integran, revelan que una muestra de carbn y oxigeno contiene energa qumica potencial, que puede utilizarse al iniciar la combustin o la combinacin de ambos cuerpos. A s mismo se emplea en las pilas y acumuladores elctricos, que la transforman en energa elctrica, y el fenmeno inverso se produce en la electrlisis, en particular al cargar los acumuladores. Las explosiones son un ejemplo de transformacin de energa qumica en trabajo mecnico.

1.2.4. Energa Radiante: La luz se produce de diversas formas, pero la ms corriente de stas consiste en calentar cuerpos a una temperatura bastante elevada (lmpara de gas, Lmpara elctrica de incandescencia). La incandescencia es precisamente la transformacin de energa calorfica en energa radiante. En los fenmenos de luminiscencia, o emisin de luz en fro, interviene otra forma de energa que es mecnica en el caso de la tribolumiscencia. La ruptura de ciertos cristales que se producen por ejemplo al machacar azcar provocan la aparicin de luz. En la electroluminiscencia, la energa elctrica se transforma directamente en luz sin que pase por la forma calorfica intermedia. As acorde en los tubos de gas rarificado como el nen y los vapores de sodio y mercurio. En la quimioluminiscencia, algunas reacciones qumicas, como la oxidacin lenta del fsforo blanco en contacto del aire, provocan emisin de luz, sin calentamiento apreciable. La luz emitida por las lucirnagas se debe a un fenmeno anlogo, puesto que produce de las reacciones qumicas que se producen durante la digestin. La energa radiante puede convertirse en cualquiera de las otras cuatro formas de energas que se han considerado. As, cuando una sustancia absorbe radiaciones, se calienta y este efecto calorfico es particularmente intenso en el caso de las radiaciones infrarrojas. Por otra parte, los haces luminosos dirigidos hacia los cuerpos ejercen en estos una fuerza de empuje que produce efectos mecnicos y recibe el nombre de presin de radiacin, fenmenos que explica la repulsin de la cola de cometas por los rayos solares. La transformacin de energa luminosa en energa elctrica tiene lugar en la fotoelectricidad al captrselos electrones que emiten algunos metales cuando recibe la luz. Este fenmeno ha dado lugar a innumerables aplicaciones prcticas, entre las cuales pueden mencionarse el cine sonoro y la televisin.

Las modificaciones qumicas sufridas por los cuerpos bajo la influencia de la luz son numerosas y constituyen el objeto de la ciencia denominada fotoqumica, que estudia la transformacin de la energa luminosa en energa qumica. Las plantas realizan esta transformacin gracias a la clorofila, que absorbe las radiaciones solares, y la energa as almacenada se emplea para sintetizar los alimentos hidrocarbonados.

1.3. Termodinmica: Rama de la fsica que estudia la energa y sus transformaciones. 1.3.1. Primera ley de la termodinmica: Se refiere al concepto de energa interna, trabajo y calor. Nos dice que si sobre un sistema con una determinada energa interna, se realiza un trabajo mediante un proceso, la energa interna del sistema variar. A la diferencia de la energa interna del sistema y a la cantidad de trabajo le denominamos calor. El calor es la energa transferida al sistema por medios no mecnicos. Pensemos que nuestro sistema es un recipiente metlico con agua; podemos elevar la temperatura del agua por friccin con una cuchara o por calentamiento directo en un mechero; en el primer caso, estamos haciendo un trabajo sobre el sistema y en el segundo le transmitimos calor.Cabe aclarar que la energa interna de un sistema, el trabajo y el calor no son ms que diferentes manifestaciones de energa. Es por eso que la energa no se crea ni se destruye, sino que, durante un proceso solamente se transforma en sus diversas manifestaciones.

1.3.2. Entalpa: Es la cantidad de energa de un sistema termodinmico que ste puede intercambiar con su entorno. Por ejemplo, en una reaccin qumica a presin constante, el cambio de entalpa del sistema es el calor absorbido o desprendido en la reaccin. En un cambio de fase, por ejemplo de lquido a gas, el cambio de entalpa del sistema es el calor latente, en este caso el de vaporizacin. En un simple cambio de temperatura, el cambio de entalpa por cada grado de variacin corresponde a la capacidad calorfica del sistema a presin constante. El trmino de entalpa fue acuado por el fsico alemn Rudolf J.E. Clausius en 1850. Matemticamente, la entalpa H es igual a U + pV, donde U es la energa interna, p es la presin y V es el volumen. H se mide en julios. H = U + p x V1.3.3. Segunda ley de la termodinmica: El primer principio o primera Ley de la Termodinmica es complementado por el segundo principio de la Termodinmica. En efecto, la primera ley estable la conservacin de la energa en todos los procesos. No obstante, la intuicin indica que unas formas de energa son ms valiosas que otras. La primera Ley no predice la direccin o extensin de un proceso dado, la segunda Ley si puede resolver estos cuestionamientos como luego se observar. A la segunda Ley de la Termodinmica se le conoce tambin como Principio dela Entropa y establece que todo proceso es degenerativo, esto es, que si el resultado del proceso es una degradacin de la energa, en cuanto a su capacidad de hacer trabajo, el proceso ocurrir. Lo anteriormente expresado puede complementarse si decimos que no puede utilizarse para producir trabajo. Su valor alcanzar un mximo cuando el sistema se acerque al equilibrio. En otras palabras, el universo tiende a distribuirla energa uniformemente, es decir, a maximizar la entropa. En consecuencia, describe la irreversibilidad de los procesos energticos.5

1.3.4. Entropa: Se simbolizada como S, es la magnitud fsica que mide la parte de la energa que no puede utilizarse para producir trabajo. Es una funcin de estado de carcter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se d de forma natural. La palabra entropa procede del griego () y significa evolucin o transformacin.Se evidencias cuando se plantea la pregunta: por qu ocurren los sucesos de la manera que ocurren, y no al revs? se busca una respuesta que indique cul es el sentido de los sucesos en la naturaleza. Por ejemplo, si se ponen en contacto dos trozos de metal con distinta temperatura, se anticipa que eventualmente el trozo caliente se enfriar, y el trozo fro se calentar, logrando al final una temperatura uniforme. Sin embargo, el proceso inverso, el trozo caliente calentndose y el trozo fro enfrindose es muy improbable a pesar de conservar la energa. El universo tiende a distribuir la energa uniformemente; es decir, a maximizar la entropa.La entropa puede interpretarse como una medida de la distribucin aleatoria de un sistema. Se dice que un sistema altamente distribuido al azar tiene alta entropa. Puesto que un sistema en una condicin improbable tendr una tendencia natural a reorganizarse a una condicin ms probable (similar a una distribucin al azar), esta reorganizacin resultar en un aumento de la entropa. La entropa alcanzar un mximo cuando el sistema se acerque al equilibrio, alcanzndose la configuracin de mayor probabilidad.La entropa, coloquialmente, puede considerarse como el desorden de un sistema, es decir, cun homogneo est el sistema. Un ejemplo domstico, sera el de lanzar un vaso de cristal al suelo, este tender a romperse y esparcirse mientras que jams conseguiremos que lanzando trozos de cristal se forme un vaso.4

1.4. La energa libre de Gibbs: Es la energa liberada por un sistema para realizar trabajo til a presin constante. sta se representa con el smbolo G y considera ambos cambios de tal forma que: G = H TS La variacin de la energa libre G, es una funcin de estado y tiene unidades de energa. As, si en una reaccin qumica se libera trabajo til sin importar lo que ocurra en el universo el G es negativo y por lo tanto ser una reaccin espontnea, puesto que considera la dispersin de la energa H = - y la dispersin de la materia S = + en el sistema.De esta manera, si una reaccin ocurre a bajas temperaturas con un cambio pequeo de entropa, entonces el trmino TDS ser insignificante y DG depender principalmente de DH.Las reacciones endotrmicas ocurren solamente si TDS es grande. La temperatura tiene que ser alta o tiene que haber aumento grande en la entropa para que predomine este trmino y sea el que determine el valor del G.7Si:G < 0 La reaccin es espontnea en el sentido establecido.G > 0 La reaccin no es espontnea en el sentido establecido.G = 0 El sistema est en equilibrio.La energa estndar de reaccin, es el cambio de la energa estndar de productos menos el cambio de la energa estndar de reactivos G0 reaccin = n G0 productos n G0 reactivos Se considera para los elementos en su forma ms estable en condiciones estndares G0 = 0.

Referencias bibliogrficas 1. Horton R., Moran L. A., Scrimgeour K. G., Perry M. D. y Rawn J. Bioqumica. 4a ed. Pearson Educacin. Mxico. 853 pp.20082. Campbell M. y Farrel S. Bioqumica. International Thomson Editores. Mxico. 844 pp. 20043. Stryer L., Berg J. M. y Tymoczko J. L. 2004. Bioqumica. 5a. ed. Revert. Espaa. 1092 pp. 4. Voet D. y Voet J. G. Bioqumica. 3a.ed. Mdica Panamericana. Mxico. 1776pp.2006.5. Konigsberg M. Bioenergtica de la cadena respiratoria mitocondrial. Libros de Texto y Manuales de Prcticas editados por la UAM. Mxico. 113pp.1992.6. Lodish H., Berk A., Zipursky S. L., Matsudaira P., Baltimore D., Darnell J. Biologa Celular y Molecular. Mdica Panamericana. Mxico. 1084 pp. 2004.7. Konigsberg M. Manual de Prcticas de Temas Selectos de Biofsica. Libros de Texto y Manuales de Prcticas editados por la UAM. Mxico. 106pp. 1999.