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Trabajo biológico

En su celebrado libro ¿qué es la vida?, Schrödinger declara que todo lo que está pasando en la naturaleza significa un aumento de entropía y que el ser vivo aumenta continuamente su entropía, esto es, produce entropía positiva, acercándose así al estado de máxima entropía, que es la muerte. El organismo sólo puede seguir vivo tomando entropía negativa de su ambiente.

El organismo, según Scrhödinger mantiene su orden "mamando orden" de su ambiente. En cuanto al animal, las fuentes de orden son compuestos orgánicos más o menos complejos; para la planta, la fuente del orden es la luz solar. Este tipo de razonamiento ha sido respaldado por Brillouin quien escribe: "si un organismo vivo necesita alimento, ello es sólo por la negaentropía que puede obtener de él y que necesita para reponer las pérdidas causadas por trabajo mecánico realizado por simples procesos de degradación en el sistema vivo. La energía contenida en el ealimento realmente no importa, pues la energía se conserva y nunca se pierde, pero lo que importa es la negaentropía".

las manifestaciones que conciernen a la entropía negativa, u orden, como el combustible real para el mantenimiento de la vida, habrán de ser examinadas desde un punto de vista biológico y también desde un punto de vista físico.

El organismo, si quiere realizar trabajo , tiene que quemar algo, exactamente igual que lo hace una máquina de vapor. Podría quemar azúcar, por ejemplo, pero es evidente que lo importante en la molécula de azúcar no es la negaentropía estructural de sus átomos, la probabilidad de que estos átomos estén dispuestos en orden cero. Lo que es importante es la energía de los enlaces químicos. El organismo toma alimento y lo quema. Separa y enlaza de nuevo el átomo y moléculas. El trabajo, con una degradación correlativa de la energía, se produce a expensas de la energía de los enlaces químicos. El organismo es incapaz de utilizar energía in abstracto, tiene que efectuar óxido-reducciones. La energía de la luz permite a la planta separar iones de hidrógeno de la molécula de agua. Cuando la luz encuentra átomos a su paso se produce trabajo y se degrada energía.

En cuanto a la energía del enlace químico, a menos que se produzca trabajo, no se puede hablar de energía libre y de su componente entrópico. Cuando, como resultado de una reacción química, se utiliza la energía de un enlace químico del alimento, se produce calor y se degrada una parte de la energía. En el enlace químico original, una parte está disponible para realizar trabajo y la otra es la entropía potencial. Pero la energía de alto grado, como la energía de la luz o la de un enlace químico, no puede ser subdividida en entropía positiva y entropía negativa.

Bioenergética.

Las células y los organismos vivos son sistemas abiertos que intercambian materiales y energía con su entorno.

Aprovechan la energía:

A partir de la energía solar (autótrofos)
a partir de componentes químicos de su entorno (heterótrofos)

utilizan la energía para la producción de un trabajo biológico.

biosíntesis (anabolismo)
trabajo mecánico (contracción muscular)
gradientes osmóticos (transporte contra gradiente)
trabajo eléctrico (transmisión del impulso nervioso)

La bioenergética es el estudio cuantitativo de la transferencia y utilización de la energía en los sistemas biológicos.

Las reacciones metabólicas se rigen por las leyes de la termodinámica.

1. principio de conservación de la energía

2. aumento natural del desorden

3. energía libre de Gibbs. cantidad de energía capaz de realizar un trabajo durante una reacción a T y P constantes, condiciones físicas para la vida.

La energía libre es la única energía útil para los organismos, ya que la entropía es la energía degradada.

entalpía (H), contenido calórico del sistema.

entropía (S). desorden del sistema.

La energía libre de Gibbs es la cantodad de energía capaz de realizar trabajo durante una reacción a T y P constantes. Proporciona información sobre:

La dirección de la reacción química
composición del equilibrio
cantidad de trabajo desarrollado por la reacción

4. variación de energía libre (AG)

Predice si una reacción es posible energéticamente o no.

AG = 0 proceso en equilibrio

AG > 0 reacción endergónica, consume energía

AG < 0 reacción exergónica, genera energía

5. Relación entre el AG y la K d eequilibrio de una reacción.

En condiciones estándar: 25ºC, 1 atm, R y P = 1 M, la variación de G se denomina: AGº.

en condiciones fisiológicas: pH 7, AGº

AGº = variación de E libre en condiciones estándar (25ºC, 1 atm, R y P = 1 M). valor fijo para cada reacción.

∆G = variación de E libre real. Es variable, depende de la [R] y [P] y de la Tª

6.- Acoplamiento energético de las reacciones bioquímicas

Las reacciones exergónicas o espontáneas se acoplan a reacciones endergónicas para que éstas tengan lugar.

Las ∆G´o de reacciones secuenciales son aditivas

7. compuestos ricos en energía y potencial de transferencia

El acoplamiento de las reacciones endergónicas y exergónicas está mediado

por intermediarios de alta energía.

Los compuestos ricos en energía:

Liberan la energía mediante hidrólisis (rotura enlace rico en energía ~) y transferencia de grupo
Transfieren la energía en una sola reacción
Son aquellos que ceden una energía > 25 kJ/mol (potencial de transferencia de grupo)

Potencial de transferencia de grupo: Energía libre que un compuesto es capaz de ceder a otra sustancia

junto con el grupo transferido.

Ejemplos de grupos transferidos: Fosfatos, Acilos