Bioquímica energética

Los organismos autótrofos utilizan la luz del solo para realizar energía de esta forma transforman la energía del sol y suelo en su propio alimento, oxidando combustible mediante la transferencia de electrones a buenos aceptores eléctricos. Utilizan el Co2 de la atmosfera como única fuente de carbono a partir de la cual constituyen todas las moléculas carbonadas, pueden ser fotosintéticos, como también pueden utilizar el nitrógeno de la atmosfera para generar compuestos nitrogenados.Los organismos heterótrofos deben obtener el C del ambiente en forma de moléculas orgánicas relativamente complejas como la glucosa y a su vez deben obtener el nitrógeno en forma de aminoácido y otros compuestos orgánicos. Por esto no pueden producir su propio alimento.

La materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un espacio, está formado por miles de elementos.

La sustancia posee una composición definida, y se pueden identificar por olor apariencia, sabor u otras propiedades. Poseen composición constante y características propias. Se caracterizan por sus propiedades y composición El color, pto. de ebullición y pto de fusión son propiedades físicas de la sustancia.

Una molécula está formada por 2 o mas átomos iguales o distintos.El Átomo es la partícula más pequeña e indivisible. Es la unidad básica de un elemento. Conserva las mismas características del elemento. Poseen una estructura interna.

La Materia puede estar en estado:Sólido: donde las moléculas se mantienen unidas en forma organizada con poca libertad de movimiento.Líquido: donde las moléculas están unidas pero no en una posición tan rígida. Se pueden mover libremente entre ellas.Gaseoso: las moléculas están separadas por distancias grandes.La materia puede fluir entre estos estados sin que cambie la composición de la sustancia.

Las propiedades físicas se pueden medir y observar sin que cambie la composición.Las propiedades químicas para poder ser medidas se debe efectuar un cambio químico.

Una sustancia pura es aquella que no puede ser descompuesta en otras sustancias más simples mediante reacciones químicas.

Los elementos son sustancias formadas por la unión de dos o más átomos en una razón fija.Los compuestos son sustancias formadas por la unión de 2 o más elementos unidos por una reacción química en proporciones definidas. Solo se pueden separar en sus componentes puros por medio de métodos químicos.

Una mezcla es la combinación de 2 o más sustancias en la que estos conservan sus propiedades caracteriscas., y no poseen una composición constante. Toda mescla se puede formar y volver a separar en sus componentes puros por métodos físicos.Las mesclas pueden ser soluciones homogéneas, en las cuales una sustancia (soluto) que se diluye en otro (solvente) tomando una sola fase, la composición de esta mezcla es la misma en toda las solución.Soluciones heterogéneas en las cuales el soluto no se disuelve en el solvente sino que se dispersa en pequeñas partículas, su composición no es uniforme.

ELEMENTOXA

Z A= número másico, peso atómico. Numero de protones + numero neutrones.Z= numero atómico, numero de protones =numero de electrones

la masa es la cantidad de medida de la cantidad de materia de un objeto. El volumen es la longitud3

El peso es la fuerza que ejerce la gravedad sobre el objeto. El peso puede depender de su posición.

MASA Y VOLUMEN y PESO son propiedades extensivas de la materia= dependen de la cantidad de materia considerada.

Densidad es la masa de un objeto /volumen.Temperatura.DENSIDAD Y TEMPERATURA son propiedades intensivas, no dependen de la cantidad de matera considerada.

La relación de volumen masa es siempre lineal. Si una aumenta, aumenta la otra.

Los elementos poseen isotopos: los cuales son elementos iguales pero se diferencias en su número másico, por lo cual tienen a tener distintos números de neutrones en elementos neutros.Átomo deuterio tiene 2 neutrones.Hidrogenión: hidrogeno cargado positivamente (perdió un electrón)Ion hidruro: hidrogeno cargado negativa mente (perdió un protón).

EL SISTEMA PERIÓDICO DE ELEMENTOSe divide tanto en grupos como en periodosGrupos: IA, IIA, IIB, etc, e indica el numero de electrones que tienen en su último nivel. La formula molecular indica el número exacto de electrones de cada elemento.Periodo es el número de electrones de nivel electrónico. Indica cuantas capas tiene.

Los elementos pueden ser estables o nobles o inestables, esto está dado si su ultimo nivel de electrones esta completo o no.El primer nivel se completa solo con 2 e-El segundo nivel y en adelante se completan con 8 e-

El sistema periódico también hace relación con la electro negatividad de los elementos: la electronegatividad es la tendencia a perder o ganar electrones.Un elemento electronegativo tiene la tendencia de captar electrones con facilidad.Un elemento electro positivo tienen la tendencia a ceder electrones.El grupo 1 es más electro positivoEl grupo 7A es más electro negativo.

Los electrones más externos de los elementos son los responsables de las reacciones químicas, de las cuales se liberara energía.

Los elementos pueden formar dos tipos de enlaces distintos:Enlaces covalentes: donde los elementos comparten electrodos y son más difícil de separar porque requieren más energía. Y de esta forma forman compuestos.Los enlaces iónicos: es cuando un elemento entrega un electrón a otro. Se transfiere el electrón completamente, así se pueden quedar cargado+ o -. Los átomos que reaccionan se llaman iones.

El C – H – N – O son los elementos más abundantes en los organismos vivos alrededor del 99%. Son elementos más ligeros y que forman enlaces más fuertes. Son elementos primariosNa – Mg – K – Ca – P – S – Cl son elementos secundarios.Los primarios en conjunto con los secundarios son los componentes esenciales de las estructuras de la célula y de los tejidos.V – Mn – Fe – Co – Cu – Zn – B – Si son oligoelementos.

Se dice que todos los organismos tienen un origen común porque existe una universalidad de los intermediarios y transformaciones químicas.

1 mol es la cantidad de sustancia que contienen tantas entidades de 1 elemento.1 mol de moléculas de un elemento es igual al número de avogadro por el numero de moléculas que contenga esta.X * 6,02 x 1023.1 mol de átomos de cualquier elemento equivale a 6,02 x 1023 átomos.1 mol de átomos es igual a la masa atómica expresado en gramos.1 mol de moléculas es igual a la masa atómica de la molecula expresada en gramos.1 mol ocupa de cualquier cosa ocupa un volumen de 22,4 Lt.

Soluciones

m = V × D Ejemplo: Un líquido de densidad 1,2 [ g / ml ] , ocupa un volumen de 60 [ mL ] . Calcula su masa. m = 60 × 1,2 = 72 [ g ]

PORCENTAJE PESO/PESO ( O MASA / MASA )m solución = m soluto + m solvente

( soluciones binarias )Donde:m solución : masa de la solución medida en [ g ]m soluto : masa del soluto medida en [ g ]m solvente : masa del solvente medida en [ g ]

100 × m soluto ( P / P ) soluto = ——————–

m solución Donde:

( % P / P ) soluto : porcentaje peso / peso o masa / masa de solutom soluto : masa del soluto medida en [ g ]m solución : masa de la solución medida en [ g ]

100 × m solvente ( P / P ) solvente = ——————––

m solución Donde:( % P / P ) solvente : porcentaje peso / peso o masa / masa de solventem solvente : masa del solvente medida en [ g ]m solución : masa de la solución medida en [ g ]

( P / P ) soluto + ( P / P ) solvente = 100 ( soluciones binarias )Donde:( % P / P ) soluto : porcentaje peso / peso o masa / masa de soluto( % P / P ) solvente : porcentaje peso / peso o masa / masa de solvente

Ejemplo: Calcula el porcentaje peso / peso de soluto y de solvente de una solución formada por 30 [ g ] de soluto y 170 [ g ] de solvente.

100 × 30( P / P ) soluto = ————– = 15 %

30 + 170 100 × 170

( P / P ) solvente = ————– = 85 % 30 + 170

%p/p son los gramos de soluto en 100 grs de solución.

PORCENTAJE PESO/VOLUMEN ( O MASA / VOLUMEN ) 100 × m soluto ( P / V ) soluto = ——————–

VDonde:( % P / V ) soluto : porcentaje peso / volumen o masa / volumen de solutom soluto : masa del soluto medida en [ g ]V : volumen de la solución medido en [ ml ]

100 × m solvente( P / V ) solvente = ——————––

VDonde:( % P / V ) solvente : porcentaje peso / volumen o masa / volumen de solventem solvente : masa del solvente medida en [ g ]V : volumen de la solución medido en [ mL ]

( P / V ) soluto + ( P / V ) solvente = 100 × D ( solución binaria )Donde:( % P / V ) soluto : porcentaje peso / volumen o masa / volumen de soluto( % P / V ) solvente : porcentaje peso / volumen o masa / volumen de solventeD : densidad de la solución medida en [ g / mL ]

Ejemplo: Calcula el porcentaje peso / volumen de soluto de una solución formada por 80 [ g ] de soluto disueltos en 500 [ mL ] de solución. Si la densidad de la solución es 1,1 [ g / mL ] , calcula el porcentaje peso / volumen de solvente.

100 × 80( P / V ) soluto = ————– = 16 %

500m solución = 500 × 1,1 = 550 [ g ]m solvente = 550 – 80 = 470 [ g ]

100 × 470( P / V ) solvente = ————— = 94 %

500

PORCENTAJE VOLUMEN / VOLUMEN 100 × V soluto

( V / V ) soluto = —————— V

Donde:( % V / V ) soluto : porcentaje volumen / volumen de solutoV soluto : volumen del soluto medido en [ mL ]V : volumen de la solución medido en [ mL ]

100 × V solvente ( V / V ) solvente = ———————

VDonde:( % V / V ) solvente : porcentaje volumen / volumen de solventeV solvente : volumen del solvente medido en [ mL ]V : volumen de la solución medido en [ mL ]

Si los volúmenes son aditivos:( V / V ) soluto + ( V / V ) solvente = 100 ( soluciones binarias )

Donde:( % V / V ) soluto : porcentaje volumen / volumen de soluto( % V / V ) solvente : porcentaje volumen / volumen de solvente

Ejemplo: 300 [ mL] de una cierta solución acuosa contienen 60 [ mL ] de CH 3CH2OH . Calcula el porcentaje volumen / volumen de soluto. Si los volúmenes son aditivos, calcula el porcentaje volumen / volumen de solvente.

100 × 60( V / V ) soluto = ————– = 20 %

300V solvente = 300 – 60 = 240 [ ml ]

100 × 240( V / V ) solvente = ————– = 80 %

300

La molaridad son los moles de solutos que hay en un litro de soluciónUna solución de NaNO3 indica que en 1000 mL de ella hay 0.5 moles de nitrato de sodio, si tomamos sólo 25 mL. En ese volumen habrán 0.0125 moles de nitrato de sodio y la molaridad sigue siendo 0.5 molar.

Normalidad Expresa el número de equivalentes gramos de soluto que se encuentran disueltos en 1000 mL de soluciónUna solución de H2SO4 señala que en cada 1000 mL de solución hay presentes 2 equivalentes gramos de H 2SO4. Si tomamos solo 300 mL de solución, se encontrarán 0.6 eq-g de H2SO4.

Molalidad Expresa el número de moles de soluto, disueltos en 1000 gramos de disolvente.Una solución 3 molar de CuCl2, contiene 3 moles de cloruro cúprico por cada 1000 g de agua.

Fracción molar Es el cuociente entre el número de moles de un componente de la solución y la suma del número de moles de todos los componentes.Si una solución está formada por dos componentes, un soluto y un solvente, podrán expresarse dos fracciones molares referidas a cada componentes.

REACCIONES QUÍMICASEstán determinadas por la ley de conservación de la materia, sonde la suma de las masas de los reactantes es igual a la suma de las masas de los productos.Ley de las proporciones definidas donde cada vez que se forma un compuesto lo hace cada elemento.Ley de las proporciones múltiples cuando se forman compuestos lo hacen de forma simple y en proporciones iguales.

CH4 + O2 Co2 + H2OCH4 + 2O 2 Co2 + 2H2O

16 gr 64 gr 44 gr 36 gr80 grs

80 gr1 mol de molécula 2 moles de molecula 1 mol de molecula 2 moles de molecula1x6.02x1023 moléculas 2x6.02x1023 moleculas 1x6.02x1023 moleculas 2x6.02x1023 moleculas5 moles de átomo 4 moles de atomo 3 moles de atomo 6 moles de atomo5(1x6.02x1023) atomos 4(1x6.02x1023) atomos 3(1x6.02x1023) atomos 6(1x6.02x1023) atomo22,4 lt 44,8 lt 22,4 lt 44,8 lt

H2O PM= 18 grsDesnidad=1gr/ml 1000g/ltMoles = gramos /Pm 1000/18 = 55.5 moles /Lt

[H2O]=55,5 M

ACIDO BASE

Acido son dadores de protones.Bases son aceptores de protones.

Acido + base = acido-base conjugada.[H] + [OH] = [H2O]Mientras más fuerte sea un acido mas tendencia tendrá a perder H+ y formar bases conjugadas.A mayor acides de una solución menor será su pH. Los ácidos débiles se ionizan parcialmente y liberan un ion de H lo que hace disminuir el pH de la solución acuosaLas bases débiles aceptan el H y aumentan su pHPara el cálculo de pH en ácidos fuertes, es el – log de la concentración de protones.

Cuando usamos ácidos débiles mesclados con bases conjugadas se producen los tampones, los cuales son las mesclas de ácidos débiles con sus bases conjugadas. Son sistemas acuosos que tienden a resistir cambios en su pH cuando se añaden pequeñas cantidades de acido o base. Para poder calcular el pH de ácidos débiles se debe usan una constante de ionización que se expresa en M.

El tampón es el Acido débil + base conjugada.El tamponamiento es el resultado de dos equilibrios de reacciones reversibles que tienen lugar en una disolución de concentraciones casi iguales de dador y aceptor de H.

Para poder calcular el pH en ácidos débiles se utiliza la ecuacion de Henderson – Hasselbach. pH = pKa + log [A+] [HA]

Permite calcular el pKa a partir del pH y la relación molar entre el dador y aceptor de protones.Permite calcular el pH a partir de pKa y relación molar entre el dador y aceptor de protones.Permite calcular la relación molar a partir de pH y pKa

pKa = pH – log [A+] Log [A] =pH – pKa. [HA] [HA]

pKa = -log [Ka]si pKa aumenta Ka disminuye.Ka alta la reacción va hacia [H] + [A]Ka baja la reacción va hacia [HA]Ka >1 acido fuerteKa < 1 acido débilSi el acido esta ionizado es mas fuerte.

Reacción de disociación: Formula de la constante de disiociacion Ka = [H+] [A-][HA] [h+] [A-] [HA]

Ácidos débiles: Ácidos fuertesAc. Acético Acido cloridrico.Ac. Láctatico Acido sulfúricoAc. Carbonico Acido nitroso.

El pH fisiológico es 7,4.

TERMODINAMICA

Los organismos vivos están en un estado dinámico con su entorno, la termodinámica hace referencia a las energías, es la ciencia que estudia las transferencias de energía (calor y trabajo) que acompañan a un cambio de estado de un sistema. Estudia lo que ocurre con los sistemas. El contenido de materia definidamente limitado en una superficie cerrada real o hipotética donde se realizan transferencias de energía y/o materia.

El sistema es un conjunto de reactivos y productos presentes. El disolvente que las contienen y la atmosfera circulante. Es todo aquello que eta contenido en un espacio definido. El sistema puede interactuar o no con su entorno.

El conjunto de sistemas + entornos es el universo. A su vez los sistemas pueden ser de 3 tipos:Sistema Aislado, donde no ocurre intercambio de materia ni energía con su entorno. En este solo existe en forma de universo.Sistema Cerrado, donde solo se intercambia energía con el entorno.Sistema abierto, donde ser intercambia energía y materia con el entorno. Los organismos vivos; toman combustible y liberan combustible.

Los sistemas se caracterizan a través de varios conceptos, tanto por variables de estado como por funciones termodinámicas.

Variables: Temperatura = t Presión = p Volumen = v Numero de moles = n

Funciones de sistemaE = Energía interna del sistema.H = Entalpia: refleja el n° y tipo de enlaces químicos e interacciones no covalentes que se forman y se rompen. Es el calor que posee un sistema, que puede entregar, a presión constanteG = Energía libre = y se define por la entalpia – la Temperatura por la entropía. G = H - TSS = entropía∆E = cambio en la energía interna del sistema es la ∆E final - ∆E inicial.

A temperatura constante ∆G se define por la Entalpia y entropía.

Cuando el sistema recibe energía del entorno la ∆E es +Cuando el entorno realiza trabajo sobre el sistema ∆E +Cuando el sistema entrega calor al entorno ∆E –Cuando el sistema realiza trabajo sobre su entorno ∆E -

El flujo de electrones proporciona energía para los organismos. Este flujo de electrones produce reacciones de reducción y oxidación.El calor es energía desordenada: aumenta el movimiento de moléculas desordenadas.El trabajo es energía ordenada: tiene dirección y sentido, como la compresión del motor del auto.

El estudio de intercambio de energía entre un sistema y su medio ambiente permite predecir en que sentido puede ocurrir el cambio químico. En los cambios químicos hay reactantes o reactivos que se transforman en productos.

Para que haya transferencia de calor debe haber una diferencia de temperatura (Ts ≠Te)

(energía del sistema ≠ de la energía del entorno). Para que haya trabajo termodinámico debe haber modificación de volumen

Reactivo A producto B. Esto es una reacción espontanea porque está sucediendo, yo esto lo puedo determinar a priori gracias a la termodinámica.

La termodinámica dice en la medida que va a ocurrir el cambio. Dice que todo reactante A en algún minuto llegara a equilibrio con el producto. Cuando esto ocurre el contenido de productos que se obtienen y el contenido de reaccionantes que quedan sin reaccionar quedaran en equilibrio.El ESTADO ESTACIONARIO DINANICO es cuando los organismos no son capaces de generar más energía y se inicia su degradación

1 caloria es la cantidad de calor que logra aumentar en 1 ° de temperatura 1 gr de agua entre 14,5 y 15,5 °1 caloria = 4,18 Joule1 Joule = 0,24 calorias“la energía se transforma)1 joule = 1x107 erg1 erg = 1x10-7 joule

En los gases El trabajo es igual a PV=nRT = es la Ley de los gases ideales.PV es trabajon es el numero de moléculasR es la constante de universal de los gases que en condiciones normales es de 8,31 J/mol x ó 1,98 cal/mol T es la temperatura medida en °K

Procesos termodinámicos son procesos en los cuales el estado del sistema varía por variaciones en sus funciones termodinámicas.

Procesos isotérmicos : son a temperatura constante, el ser humano es isotérmico Procesos isobáticos: son a presión constante. Procesos adiabáticos: cuando no se cambia nada con el medio.

La temperatura corporal normal del cuerpo son 37° todas las reacciones corporales ocurren a esta temperatura

W = f x d Kg x m 2 = 1 Joule S2

F = m x a a = v/t

W = P x ∆V

V = d/t

F = m x a Kg x m = 1 N S2

A = m/s2

V = m/s

MKS

a= cm/s2

V =cm/sF = g x cm DINA S2

W = g x cm 2 ERGIO S2

CGS

W = P x ∆V P° = 1 atm (1,013 x 105 N/M2

MKSKg x m

S 2 M2

W = N m2 1 pascal

CGSg xc m

S 2 cm2

W = dina m2 1 Bar

Las reacciones pueden ser reversibles cuando están en equilibrio y se mantienen las cantidades.Reactante Producto Si el hombre llega al equilibrio muere. Las reacciones irreversibles son procesos espontáneos. El hombre eta constantemente en procesos irreversibles (combustión de la glucosa), se generan fuerzas o energías que hacen que estas reacciones irreversibles vayan hacia la reversibilidad. En este proceso ocurren las transferencias energéticas para hacer que se sigan produciendo procesos irreversibles.

1° ley de la termodinámica Al aplicar calor al sistema, que posee una energía, la varia y esta ∆E es igual a la E f – E i

∆E = Q – W (calor – trabajo)La energía total será ∑∆E = o. Esta es la sumatoria de las variaciones de energía internas del universo = o

En los gases ∆E interna = Q – P∆V

Cuando V es constante = ∆V = 0 en este caso ∆E = Qv (calor a volumen constante)Cuando P es constante = ∆Eint = Qp - P∆V.

∆Eint = ∆H - P∆V∆H = ∆Eint + P∆v

∆H = ∆Eint + ∆nRT

En los líquidosA presión constante no hay variación de volumen por esto∆H = ∆E int∆H = Qp

VARIACION DE ENTALPIA ESTANDAR DE FORMACIÓN DE MOLECULAS, COMPUESTOS O ELEMENTOS ∆H°f∆H°f = donde H° significa entalpia estándar

Y f formación.

La variación de entalpia estándar de los elementos es 0 porque no hay que formarlos nos e necesita calor para formarlos

∆H° f elementos = 0∆H°f compuestos ≠ 0

VARIACION DE ENTALPIA ESTANDAR DE FORMACIÓN DE REACCION ∆H°r

∆H°r = ∑∆H°f (p) - ∑∆H°f(r)Productos reactantes

∆H°r < 0 es reacciones exotérmicas, donde se libera calor, cuando esta es (-) la reacción que se produce libera calor.

∆H°r> 0 es reacción endotérmica, se transfiere calor, cuando es (+) es que para que se produzca la reacción se debe transferir calor.

LAS ENZIMAS bajan la energía de activación (catalizan). Utilizan un camino que necesita menos energía para la activación.

Qp = HCalor a presión constante es la entalpia, la cuales el contenido

calórico que tienen los sistemas, los reactantes. El calor que se puede entregar que se puede absorber a

una presión constante

para la formación de los compuestos si se necesita calor que esta tabulado y sebe ser distinto a 0

Propano + 02 Co2 + H2O cuanto se combustiona se produce Co2 + H2OC3H8 ´+ 5 O2 3 Co2 + 4 H2o las reactantes y productos deben estar en equilibrio.

∆H° f O2 = 0 (es un elemento) ∆H°r = ∑∆H°f (p) - ∑∆H°f(r)

∆H° f C3H8 = 24,83 Kcal. ∆H°r = ∑∆H°f(p) ((Co2) + (H2O)) - ∑∆H°f(C3H8) + ∑∆H°f(H2O)∆H° f Co2 = -94,05 Kcal. ∆H°r = ∑∆H°f((-94,05) +(-68,32)) - ∑∆H°f(24,83) +(0)∆H° f H2O= = -68,32 Kca. ∆H°r = ∑∆H°f(3(-94,05) +4(-68,32)) - ∑∆H°f(24,83) + (0)

∆H°r = -580,26 Kcal, es una reacción exotérmica, porque libera calor.

∆H°r = es el calor de combustión. La variación de entalpia es la variación estándar de la reacción, por ende la variación estándar de la reacción es igual al calor de la combustión.

Ley de HessTiene relación con el cambio de energía calórica (∆H) que acompaña a una reacción química a volumen y presión constante (∆H). es independiente del numero y de la naturaleza de los estado intermedios

C + ½ O2 Co ∆H°r = -110 kJ (el o2 combustiona con C y forma monóxido de carbono)Co + ½ O2 Co2 ∆H°r = -283 kJC + O2 CO2 ∆H°r = -393 kJ

La ley de Hess dice que los reactantes se pueden sumar y que sus ∆H°r también se pueden sumar de una reacción a otra. A su vez si uno invierte la reacción va a ser la misma ∆H°r pero con un signo distinto.

La entalpia es el contenido del sistema reaccionante. Refleja el número de enlaces químicos en los reactivos y productos. Cuando una reacción química libera calor es exotérmica, el contenido calórico de los productos es menor al de los reactivos, por eso ∆H es negativa. Es positiva solo cuando los reactantes toman calor haciéndose endotérmica.

2° LEY DE TERMODINAMICA: la energía libre en el tiempo en situaciones de no equilibrio disminuye. La variación de energía libre disminuye tendiendo a ser 0 al equilibrio. En las reacciones que ∆G es (-), se permite que ocurran las reacciones hacia el equilibrio, pero este equilibrio se debe romper para que se pueda continuar.

C6H12O6 + Co2 6Co2 + 6 H20 ∆H = -673000 cal/mol calórica es una reacción exotérmica.Negantropia porque entrega energía calórica. El proceso de formación de glucosa en

el anidrido carbonico se produce para mantener la temperatura corporal

ENTROPIA

Es el desorden de la materia. Es la tendencia hacia el desorden. Es fundamental para darle dirección a las reacciones químicas. Es una expresión cuantitativa de la aleatoriedad o desorden de un sistema. Sí productos de una reacción son menos complejos y más desordenados que sus reactivos, se dice que la reacción ocurre con ganancia de entropía.Para dar dirección a las reacciones existen 2 factores directrices:

Entalpia o contenido calórico. Entropía o desorden

La entropía dirige la fuerza de los procesos y los procesos tienden al desorden. Este desorden no es energía perdida porque oriente y le da dirección de cómo deben ocurrir los procesos. La temperatura está ligada a la entropía.

Estos son coeficientes estetiometricos, se utiliza en la ley de las conservaciones de masas = equilibrio.

(variación de energía libre )∆G = ∆H - T∆SEn condiciones de equilibrio, no existe variación de energía libre, por eso ∆G = 0

De esta forma 0 = ∆H -T∆S∆H = T∆S como estamos en equilibrio ∆H = qrevQrev = T∆S∆S = qrev entropía es el contenido calórico reversible / temperatura EN CONDICIONES DE T EQUILIBRIO.

Como el mundo funciona com aumento de entropía, todo tiende al equilibrio… pero no llega a este ∆S>qirrev T

El equilibrio se debe romper para que ocurran los procesos continuos. En la entropía una situación de equilibrio tiende al equilibrio ∆S > 0. La entropía aumenta hasta que llega al equilibrio. Que se hace 0. Va de (+) a 0. Por lo que las fuerzas directrices de las reacciones estándar por la ∆G que es lo que determina influido por la tendencia al desorden que debe ir en aumento.La ∆S en el universo aumenta aun cuando en nuestro cuerpo la ∆S pueda disminuir (por el ordenamiento de moléculas).Las reacciones como la formación de glucosa (formación de estructuras complejas) forman glucógeno que es una estructura que posee muchas moléculas de glucosas unidas en gorma ordenada- esto es NEGANTROPIA.

2° LEY DE TERMODINAMICA: la energía libre en el tiempo en situaciones de no equilibrio disminuye. La variación de energía libre disminuye tendiendo a ser 0 al equilibrio. En las reacciones que ∆G es (-), se permite que ocurran las reacciones hacia el equilibrio, pero este equilibrio se debe romper para que se pueda continuar.

C6H12O6 + Co2 6Co2 + 6 H20 ∆H = -673000 cal/mol calórica. ∆S = ∆H - ∆G

Negantropia ∆G = -686.000 cal/mol T∆S = -673000- (-686000) ∆s = 44CAL/k

298K

2° LEY DE TERMODINAMICA: la energía libre en el tiempo en situaciones de no equilibrio disminuye. La variación de enrgia libre disminuye tendiendo a ser 0 al equilibrio. En las reacciones que ∆G es (-), se permite que ocurran las reacciones hacia el equilibrio, pero este equilibrio se debe romper para que se pueda continuar.

A pesar de que una reacción pueda ser negantropía, las reacciones siempre van a ocurrir con aumento de ∆G

C6H12O6 + Co2 6Co2 + 6 H20 ∆G = -686000 cal /mol.Negantropía ∆G disminuye porque produce energía libre que puede ser usada para

trabajo

ESTA ES UNA REACCION EXERGONICA, porque produce energía que puede ser utilizada para trabajo como producción de ATP

El cambio de irreversibilidad a reversibilidad lo dan las funciones de la termodinámicas expresadas en la 2° ley.T∆S - ∆S - ∆G.El equilibrio no se puede mantener porque si no llegamos a la muerte porque no hay intercambio energético.

Los procesos espontáneos tienden a la reversibilidad. Osea hacia el equilibrio. Pero esta reversibilidad se rompe para que los procesos continúen. ESTO DEPENDERA DE LAS TRANSFERENCIAS DE CALOR, DE LAS FUNCIONES TERMODINAMICAS.

A B A B

IRREVERSABILIDAD REVERSABILIDAD

Nosotros tenemos estados de alta energía con tendencia hacia estados de mínima energía. Esta ES LA PERDIDA DE ENERGIA.

SÍ ∆S aumenta ∆H disminuye ∆G disminuye.

Para que ocurran reacciones : ∆G<0 para que las reacciones sean de irreversibles pero tiendan a reversibilidad.

o ∆H < 0; ∆S>0o ∆H<0 - ∆S< 0 y T∆S<0o ∆S> 0 - ∆H> 0 y T∆S > ∆H

ENERGÍA LIBRE DE GIBSS

En Cualquier cambio físico o químico, la cantidad total de energía en el universo permanece constante.En todo proceso natural aumenta la entropía del universo.El sistema reaccionante es el conjunto de materia que este experimenta cambios químicos o físicos determinantes.

La energía libre de Gibbs es la energía capaz de realizar trabajo durante una reacción a temperatura y presión constante. Cuando una reacción transcurre con liberación de energía libre, el sistema final tienen menos enrgia libre, la variación de energía libre es (-). Esto es una reacción exergónica. Tiene tendencia a ser más negativa cuando las reacciones son espontaneas.

La energía libre de Gibbs permite la predicción de la dirección de las reacciones químicas, su posición exacta de equilibrio y la cantidad de trabajo que puede realizar a temperatura y presión constante.

∆G = energía libre de gibss. Energía libre para realizar trabajo.∆G° = variación de energía libre estándar en condiciones normales. A pH 0. Se utilizan concentraciones de 1 molar.

(1= 10 0 = pH = -log 100 = pH = 0). A T = 298 K ó 25 °C∆G’° = variación de energía libre estándar bioquímica. Son las condiciones normales con pH 7.ílibre estándar tiene relación con la Keq.Cuando un sistema no está en equilibrio, la tendencia a desplazarse hacia el equilibrio es una fuerza motriz, cuya magnitud se puede expresar como la ∆G°.∆G° de una reacción química es una forma matemática de expresar la Keq.Si la Keq es 1 ∆G° = 0

aA + bB cC + dD Keq= [C] C [D] d = Q [A]a[B]b

No Equilibrio Equilibrio∆G = ∆G° + RTlnQ ∆G = ∆G°= - RTlnQ (1M,1atm,298K, pH = 0)

∆G°= - RTlnQ [RyP)i = 1M,1atm,298K, pH = 0∆G’°= - RTlnQ [RyP)i = 1M,1atm,298K, pH = 7

La relación entre Keq y ∆G° es exponencial. Pequeños cambios en ∆G° producen grandes cambios ek Keq

Aumenta el desorden

Glucosa – 6 O2 + H2O

Disminuye el contenido calórico porque la

reacción genero producto y liberación de calor

La energía libre disponible del producto tb es menor pq se libero mucha en la

reacción.

K’eq = 1 ∆G°’ = 0K’eq >1 ∆G°’ <0K’eq < 1 ∆G°’ >0

Cara compuesto implicado en una reacción química contiene cierta cantidad de energía exponencial que tiene relación con el número y tipo de enlaces.En las reacciones espontaneas los productos tienen menos energía que los reactivos, porque se libera una cantidad de energía libra para poder realizar trabajo, y parte de esta energía se libera como calor.Keq y ∆G° miden la tendencia de una reacción para transcurrir espontáneamente.Sí ∆G° es negativa = tienen menos energía los reactivos. Es expontanea, y tienden a producto. Un valor elevado de keq indica que la reacción tiene lugar hasta que los reactivos se han convertido en producto.

Si ∆G° es positiva = ocurre en dirección inversa, no ocurre la reacción.Glucosa q fosfato glucosa 6 fostato Keq = 19mM

1mM 19 mM 1mM

∆G’° = -RTxlnKeq∆G’° = -8315 x 298K x ln 19∆G’° = -7,3

Reacciones acopladas o acoplamiento energético en procesos químicos.

La fuente habitual de energía libre en las reacciones biológicas acopladas es la energia liberada por hidrólisis de enlaces fosfoanidridos.

De aminoácido a polímero ∆G°1 (+) endergónicaDe p-p a p + p ∆G°2 (-) exergónicaCuando las reacciones se acoplan la suma de sus ∆G°1 y ∆G°2 es negativa, es un proceso global exergónico, en el metabolismo ocurren millones de estas reacciones acopladas

Glucosa + Pi Glucosa 6-P + H2O ∆G°’1 13,8 kJ / molATP + H2O ADP + Pi ∆G°’2 -30.5 kJ/molATP + H2O Glucosa 6-P +H20 ∆G°’3 =-16,7 kJ/mol

∆G es la cantidad de energía transferible en trabajo. A mayor tamaño de ∆G mayor cantidad de trabajo a realizar.

Keq en reacciones acopladas = keq 1 x Keq 2 = Keq 3

Glucosa + Pi Glucosa 6-P + H2O ∆G°’1 13,8 kJ / molATP + H2O ADP + Pi ∆G°’2 -30.5 kJ/molATP + H2O Glucosa 6-P ´H20 ∆G°’3 =-16,7 kJ/mol

Keq1 = [glucosa6-p] = 3,9x10-3 M1

(Glucosa +pi]

Keq2 = [ADP][pi] = 30x105M [ATP]

Keq 1 x Keq 2 = 7.8 x 102

∆G son sumatoriasKeq son multiplciativas.

EJ: [ADP] 0,25 x 10-3

[Pi] 1,65 x 10-3

[ATP] 2,25 x 10-3

∆G se expresa en J/mol

∆G= ∆G°’ + RTln [ADP] [Pi] ∆G= -30,5 kJ/mol + RTln 1,8 x 10-4

[ATP] ∆G= -2139,06

∆G°’ = -30,5 kJ/mol∆G = ?

ESTADOS DE OXIDACIÓN DEL CARBONO

Menor a mayor estado de oxidacionMetano CH4 8Etano CH3CH3 7Eteno CH3CH2 6Etanol CH2CH2CH 5Acetileno C2H2 5Folmaldehido CH2O 4Aceldeido CH3CHO 3Acetone CH3(CO)CH3 2Acido formico HCOOH 2Monoxido de carbon CO 2Acido acetico CH3COOH 1Dioxide de carbono CO2 0

Las enzimas facilitan las secuencias de reacciones químicas. Todas las macromoléculas son más inestables que su subunidades pero cinéticamente más estables. Las enzimas son biocatalizadores que provocan gran incremento en la velocidad de reacción química sin

consumirse Para que una reacción ocurra se debe superar la barrera de activaciones entre la trayectoria de R a S (reactivo a

producto). Las vías o rutas son miles de reacciones químicas catalizadas por enzimas al interior de las células organizadas en

muchas secuencias diferentes donde sus productos serán el reactivo de las siguientes.

Cuando las rutas degradan nutrientes en productos finales simples para extraerles su energía química son rutas catabólicas.

Cuando las rutas comienzan de pequeñas moléculas a moléculas más complejas son rutas anabólicas.

El ATP es el principal nexo de unión entre rutas anabólicas y catabólicas.

METABOLISMOEs la suma de todas las transformaciones químicas que se producen en una célula u organismo.Tiene lugar en una serie de reacciones catalizadas enzimáticamente que constituyen las rutas metabólicas: cada uno de los pasos consecutivos de una ruta metabólica ocasiona un cambio químico especifico.De esta forma los metabolitos (o intermediarios metabolicos) ayudan a que los precursores se conviertan en producto.

El metabolismo intermedio son las actividades combinadas de todas las rutas metabólicas que intervienen: precursores, metabolitos y productos de bajo peso molecular.

El catabolismo es la fase de degradación del metabolismo en que las moléculas orgánicas se convierten en producto mas pequeños. Se libera energía que se conserva en ATP y Co reducidas mas calor.

Las rutas catabólicas comienzan con los glúcidos grasas y proteínas, a la cual se le van agregando NADP, ADP + Pi, NAD y FAD, y reaccionan liberando ATP, -fadh2 NADH + H y NADPH+h y CO2, H2O y NH3, los productos finales son imprevistos de energía

Anabolismo o biosíntesis: son precursores pequeños se integran a moléculas pequeñas mucho mayores y complejas. Requieren energía que generalmente provienen de ATP y del potencial de reducción de Coenzimas.Las rutas anabólicas comienzan con aminoácidos, azucares, ac grasos y bases nitrogenadas, donde entra NADH+h FADH2 NADpH +h y ATP, y se oxidan produciendo FAD, ADP + Pi, NADP y NAD y produce proteínas, polisacáridos, lípidos y ac. Nucléicos.

Las rutas pueden ser lineales o ramificadas, dando muchos productos a partir de 1 solo precursor Las rutas catabólicas son convergentes Las rutas anabólicas son divergentes.

L

Las vias tienen sitios de regulación específicos . Tanto en rutas anabólicas como catabólicas son las mismas enzimas pero tienen sitios donde participan algunas distintas.

1. Regulación inmediata es la disponibilidad del sustrato y hace relación a la Km y [S]2. Regulación segunda es la alostérica por un intermediario metabólico o coenzima

Las no lineales pueden ser rutas convergentes divergentes o cíclicas.Las rutas tienen distintos tipos de reacción en las células vivas:

Redox: son reacciones de oxidación y reducción. En las cuales hay presente un agente reductor que recude al agente oxidante, y asi el agente reductor queda como agente oxidado y el agente oxidante queda como agente reducido.

Potenciales de reducción (ecuación de Nernst).E= potencial de reducción E° =potencial de reducción estándar

Para calcular el potencial de reducción:

E= E° + RTln Q (Keq)nF

E = E° + 8,315 kJ/mol x 298 x ln QNx96,480 kJ/vxMol

E =E° 2,479 kJ x l KeqNx96,480 kJ/vxmol

E=E° +0,026 VlnQ NEl potencial de reducción estándar para la transferencia de electrones ∆E°’ está relacionado con G°’∆G°’=-nF∆E°’

N= n° electrones de transferidos.F= constante de Faraday Nx96,480 kJ/vxmol

∆G°’=-RTlnKeq = -2,3RT logKeq∆G°’=-n nF∆E°’= -2,3RT logKeq

∆E°’ = 2,3 log keq

nF

Rompimiento enlaces de carbono Reordenamientos internos (isomerasas). Reacciones de transferencia de grupo. Reacciones de radicales libres: cuando se rompe un enlace covalente cada elemento queda cargado en forma de

radical. Valores de ∆G°r de hifrolisis

Biomoleculas: son compuestos de carbono con una diversidad de grupos funcionales. La química de los orgs vivos se realiza en torno al carbono que forma enlaces muy estables.

El carbono puede formar cadenas lineales, ramificadas y circulares. Al carbono se le agregan grupos funcionales que contienen propiedades químicas especificas a la molécula. La mayor parte de las moléculas son derivadas de los hidratos de carbono. Los H se pueden reemplazar por

grupos funcionales como alcores, aminos, aldehídos, cetonas. Etc.Proteínas:Son polímeros (macromoléculas formadas por moléculas más pequeñas) de aminoácidos. Constituyen la fracción celular mas importante después del agua.

Pueden ser catalizadoras. Estructurales. Trasportadoras. Receptores.

Son moléculas informativas.o Los ácidos nucleicos: son polímeros de nucleótidos. Almacenan y transmiten información genética.

Pueden ser también estructurales o catalizadoras de supramoleculas.

Polisacáridos:Son polímeros de azucares simples como glucosa.

Sirven como almacén de combustible energético. Son elementos estructurales extracelulares que proporcionan sitios de fijación de proteínas.

o Pueden ser oligosacaridos: son polímeros de azucares cortas.

Lípidos:Son derivados grasos de hidrocarburos.

Son componentes estructurales de membrana. Son reserva de combustible rico en energía.

ESTEROISOMERÍA 2 moléculas con los mismos enlaces químicos pero que se diferencias en un solo enlace que esta a distinto lado.

Poseen una estereoquímica diferente: son los mismos componentes pero organizados de distinta forma. Los esteorisomeros con imágenes especulares: enantiomeros. Esteroisomeros sin imágenes especulares: diastomeros.

Para saber cuantos esteroisomeros posee una molécula se utiliza la siguiente formula: 2c, donde c es la cantidad de centros quirales (carbonos con 4 sustituyentes distintos) que posee una molécula.

La única manera de cambiar la configuración molecular es mediante la rotura de un enlace covalente. Los carbonos quirales: es aquel que tiene 4 sustituyentes distintos. Los cuales pueden ordenarse de 2 formas

diferentes generando esteorisomeros, que poseen propiedades distintas. Solo 1 esteroisomero es biológicamente activo (D).

La rotación de los sustituyentes no lleva al rompimiento de enlaces.Los organismos vivos están en un estado dinámico con su entorno, se mantienen la misma cantidad de contenido porque la velocidad de síntesis y de degradación son similares.

EL ESTADO ESTACIONARIO DINAMICO es cuando la célula no es capaz de generar más energía e inicia su degradación.