Bioenergética y Metabolismo: Principios Clave de la Energía Celular

Bioenergética y Metabolismo Celular: Conceptos Fundamentales

Bioenergética

La Bioenergética es la rama de la biología que estudia la energética del ser vivo, es decir, las transformaciones de energía que ocurren en los sistemas biológicos.

Metabolismo

El Metabolismo es el incesante recambio de materia y energía que ocurre en los organismos vivos. Se divide en dos procesos principales:

• Catabolismo: Proceso de desintegración de compuestos complejos en otros más sencillos, hasta productos terminales, liberando energía.
• Anabolismo: Proceso de síntesis que conduce a la formación de productos químicamente más complejos a partir de precursores más simples, requiriendo energía.

Formas de Calor y Energía

• Calor Primario: Es la transformación directa de energía en calor.
• Calor Secundario: Es la transformación de energía primero en otro tipo y luego en calor.

La Energética es la parte de la física que estudia las diversas formas de la energía.

La Energía es la capacidad de producir un trabajo. Cualquier tipo de energía se puede transformar en calor.

Ejemplos de formas de energía: Mecánica (cinética y potencial), atómica, eléctrica, magnética, luminosa, química y calórica.

Termodinámica: Principios de la Energía

La Termodinámica estudia las relaciones entre el calor y las demás formas de energía.

Principios de la Termodinámica

1. Primer Principio (Conservación de la Energía): La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
2. Segundo Principio (Degradación de la Energía): La energía se degrada; no es posible transformar completamente el calor en trabajo útil.
3. Tercer Principio (Entropía en el Cero Absoluto): La entropía en el cero absoluto es nula para un sólido cristalino perfecto.

Conceptos Termodinámicos Clave

• Magnitud Extensiva: Su valor depende de la cantidad de materia considerada.
• Magnitud Intensiva: Su valor no depende de la cantidad de materia considerada.
• Funciones Termodinámicas de Estado (FTE): Magnitudes para un sistema aislado que dependen únicamente de los estados inicial y final del sistema, no del camino recorrido.
• Energía Interna: Incluye toda forma de energía que posee un sistema.
• Entalpía (H): Función de estado que representa el contenido de calor de un sistema a presión constante.
• Entropía (S): (Función Termodinámica de Estado) Medida del desorden o la aleatoriedad de un sistema.

Termoquímica: Cambios Energéticos en Reacciones Químicas

La Termoquímica estudia los cambios energéticos que acompañan las reacciones químicas.

Tipos de Reacciones Energéticas

• Exoergónica: Reacción que libera energía.
• Endoergónica: Reacción que absorbe energía.
• Exotérmica: Reacción que desprende calor.
• Endotérmica: Reacción que absorbe calor.

Leyes y Conceptos Termoquímicos

• Calor de Formación de una Sustancia: Cantidad de energía térmica que hay que comunicar a sus elementos para sintetizarla.
• Ley de Hess: El efecto calórico de un sistema reaccionante depende solo de los estados inicial y final, no de los pasos intermedios de la reacción.
• Energía Libre de Gibbs (G): Función termodinámica de estado cuya disminución en un sistema mide el trabajo útil desarrollado por él, indicando la espontaneidad de una reacción.

Cinética Química: Velocidad de Reacción y Factores

La Velocidad de Reacción es la cantidad de sustancia transformada por unidad de tiempo.

Órdenes de Reacción

• Reacción de Primer Orden: Su velocidad es proporcional a la concentración de una única sustancia reaccionante.
• Reacción de Segundo Orden: Su velocidad es proporcional al producto de las concentraciones de dos sustancias reaccionantes, o al cuadrado de la concentración de una.
• Reacción de Orden Superior: Si intervienen más de dos sustancias reaccionantes o la suma de los exponentes de las concentraciones es mayor a dos.
• Reacción de Orden Cero: La velocidad de reacción es independiente de las concentraciones de las sustancias reaccionantes.

Factores que Afectan la Velocidad de Reacción

• Energía de Activación: Suplemento de energía que se comunica a las moléculas de la sustancia reaccionante para desencadenar la reacción.
• Catalizadores: Sustancias que aumentan la velocidad de las reacciones químicas sin consumirse en el proceso. Los Catalizadores Biológicos son las Enzimas.

Leyes y Principios de la Cinética Química

• Ley de Acción de Masas (LAM): Regula las concentraciones de las sustancias presentes en el equilibrio químico.
• Principio de Le Chatelier: Cuando se modifica uno de los factores que condiciona un equilibrio (temperatura, presión, concentración), el sistema tiende a evolucionar en el sentido de contrarrestar la modificación impuesta.
• Ley de Van 't Hoff: Un aumento de presión favorecerá la formación de aquellos compuestos que ocupen menor volumen.
• Ecuación de Michaelis-Menten: Rige la velocidad de las reacciones enzimáticas, describiendo cómo la velocidad de reacción depende de la concentración del sustrato y de la enzima.

Estados de Agregación de la Materia

Clasificación de los Estados

• Estados Fundamentales: Sólido, líquido y gaseoso.
• Estados Intermedios: Vítreo, amorfo, mesomorfo.

Características del Estado Gaseoso

Las Características del Estado Gaseoso incluyen:

• Gran variabilidad del volumen con los cambios de presión y temperatura.
• No presenta superficie límite definida.
• Tendencia a ocupar todo el espacio disponible.