BIOENERGÉTICA

La bioenergética describe la transferencia y utilización de la energía en los sistemas biológicos.

Los cambios en la energía libre (∆G) proveen una cuantificación de la factibilidad energética de una reacción química y pueden proveer de una predicción de si la reacción podrá suceder o no.

La bioenergética se interesa sólo por los estados energéticos inicial y final de los componentes de una reacción, no del mecanismo o del tiempo necesarios para que el cambio químico se lleve a cabo.

La bioenergética predice si un proceso es posible; la cinética cuantifica qué tan rápido ocurre la reacción.

Energía libre

La dirección y cantidad a la cual procede una reacción está determinada por el grado de energía libre que dos factores cambian durante la reacción. Estos factores son la entalpía (∆H, una medida del cambio de calor entre los reactivos y productos de la reacción) y la entropía (∆S, una medida del cambio en el desorden de los reactivos y productos).

CAMBIO EN LA ENERGÍA LIBRE (∆G)

El cambio en la energía libre se puede presentar en dos formas ∆G y ∆G°. El primero (sin el subíndice °) es la forma más general porque predice el cambio en la energía libre y por tanto la dirección de la reacción a cualquier concentración de reactivos y productos. Este valor contrasta con el cambio en la energía libre estándar ∆G°, que es el cambio en energía libre cuando la concentración de reactivos y productos es de 1 mol L-1, aunque esta representación es de un estado no fisiológico, es útil para comparar cambios de energía en diferentes reacciones, de hecho puede ser determinada a partir de la cuantificación de la constante de equilibrio (k).

1. El signo de ∆G predice la dirección de una reacción
2. ∆G de las reacciones en una dirección o la contraria             
3. ∆G depende de las concentraciones de los reactivos y productos
4. El signo de ∆G puede ser diferente del ∆G°

EL SIGNO DE ∆G PREDICE LA DIRECCIÓN DE UNA REACCIÓN

• ∆G negativo:

Si el ∆G es un número negativo, hay una pérdida neta de energía y la reacción sucede espontáneamente en la dirección que está escrita, de tal manera que A se transforma en B, la reacción se denomina exergónica. El signo negativo proviene de la menor energía de los productos

• ∆G positivo:

Si el ∆G es un número positivo, hay una ganancia neta de energía, y la reacción NO forma espontáneamente B en A, la reacción se denomina endergónica y necesita de un aporte de energía del medio para producir B a partir de A. El signo positivo proviene de la mayor energía de los productos

• ∆G es cero:

Si ∆G es igual a cero significa que los reactivos y productos están en equilibrio. No hay cambio neto de energía.

• ∆G DE LAS REACCIONES EN UNA DIRECCIÓN O LA CONTRARIA:

La energía libre de la reacción hacia delante (A → B) es igual en magnitud, pero de signo contrario a la reacción reversa (B ← A).

∆G DEPENDE DE LAS CONCENTRACIONES DE LOS REACTIVOS Y PRODUCTOS

El ∆G de la reacción A → B depende de la concentración de A y B, a presión y temperatura constantes. Dependiendo el sentido de la reacción que se estudia y en donde ∆G° es el cambio en la energía libre estándar, R es la constante de los gases ideales (1.987 cal mol-1 grado), T es la temperatura absoluta en K, [A] y [B] son las concentraciones molares de los reactivos y productos respectivamente; y ln es logaritmo natural.

 Una reacción con un ∆G° positivo puede proceder en la dirección hacia adelante (tiene un ∆G total negativo), si la relación de los productos y reactivos ([B] / [A]) es lo suficientemente pequeña (la diferencia entre la concentración de reactivos y productos es grande).

∆G° es predictivo sólo bajo condiciones estándar: Bajo condiciones estándar, ∆G° puede ser utilizado para predecir la dirección de una reacción, porque en estas condiciones ∆G° es igual a ∆G.

∆G° no puede predecir la dirección de una reacción bajo condiciones fisiológicas porque su cálculo está compuesto únicamente de constantes (R,T, y k) y por tanto no es alterado por cambios en las concentraciones de reactivos o productos.