Termodinámica y Enzimas: Energía Libre y Espontaneidad de las Reacciones

Termodinámica y Enzimas

Introducción a la Energía y la Termodinámica

Energía: “capacidad de realizar trabajo”. Propiedad o capacidad que tienen los cuerpos y sustancias para producir transformaciones a su alrededor. Durante las transformaciones la energía se intercambia en forma de trabajo o en forma de calor.

Termodinámica: “estudio de los cambios de la energía que acompañan a los sucesos del universo”. No da información sobre la rapidez de un proceso.

Entropía (S): aumento del desorden en el universo por la pérdida de energía durante un proceso. Se relaciona con los movimientos aleatorios de las partículas de la materia que, por ser azarosos, no pueden realizar un proceso de trabajo directo. La liberación de calor, la oxidación de la glucosa dentro de una célula o la fricción generada cuando la sangre fluye por un vaso, producen incremento de la entropía.

Energía cinética: trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada.

Energía libre (G): “la energía liberada por un sistema para realizar trabajo útil a presión constante.”

Entalpía (H): “contenido total de energía del sistema”.

Leyes de la Termodinámica

a) Primera Ley: La energía no se crea ni se destruye.

b) Segunda Ley: Todo fenómeno que se produce tiene la dirección de Mayor a Menor Energía.

c) Tercera ley: La entropía de una sustancia pura y cristalina en el cero absoluto es nula.

La energía liberada aumenta la entropía en el universo. La entropía disminuye en un organismo cuando las moléculas relativamente simples, como los aminoácidos, se ordenan en moléculas más complejas, como la proteína mioglobina de una célula muscular.

Disminución de la Entropía Dentro de los Organismos

• Cuando las moléculas relativamente simples, como los aminoácidos, se ordenan en moléculas más complejas.
• La información puede medirse en términos de la disposición ordenada de las subunidades de una estructura.

Cambio en la Energía Libre

ΔG = ΔH – TΔS

• ΔG = Cambio en la energía libre
• ΔH = Cambio en la Entalpía
• T = Temperatura absoluta (K): K= °C + 273
• ΔS = Cambio en la entropía
• TΔS = Energía que no está disponible para hacer trabajo adicional

Proporciona una medida de la espontaneidad de un proceso particular. Hace posible predecir la dirección en la que el proceso avanzará y la extensión en la que ocurrirá.

Interpretación del Cambio en la Energía Libre (ΔG)

• ΔG < 0: Reacción espontánea (exergónica)
• ΔG > 0: Reacción NO espontánea (endergónica)
• ΔG = 0: El sistema está en equilibrio

Interpretación de ΔH y ΔS

• ΔH: es positiva si el sistema gana calor y negativa si se pierde calor.
• ΔS: es positiva si el sistema se vuelve más desordenado y negativa si se torna más ordenado.
• ΔH y ΔS: para una transformación determinada pueden ser positivos o negativos, según sea la relación entre el sistema y su ambiente.