‘La termodinámica en los sistemas biológicos’

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Aplicando la primera ley de la termodinámica, que nos habla sobre la conservación de la energía, se puede determinar que la variación de entropía en una reacción es igual a la variación de energía. De esto ha surgido la clasificación de las reacciones en 2 tipos que son:

- Exotérmicas, cuando el sistema cede energía al medio externo.

- Endotérmicas, cuando absorbe calor del medio.

Pero estas variaciones de entalpía solo ocurren en sistemas que están bajo un estado termodinámico estándar, en los organismos vivos este estado se caracteriza por estar a una atmosfera de presión a 25ºC y con un pH neutro.

La segunda ley de la termodinámica, basada en los conceptos de entropía y energía libre nos explica la dirección en la cual las reacciones se dirigen, con esto se pueden determinar que existen reacciones reversibles e irreversibles. Los organismos vivos como se dijo antes, son sistemas abiertos, en los cuales la entropía tiende a disminuir solo si la entropía del medio aumenta. Cuando un organismo está en equilibrio con el medio externo, significa que ese organismo está muerto lo cual es una reacción irreversible.

La vida tal como se conoce es un proceso endergónico y no espontáneo. En los sistemas biológicos las reacciones endergónicas van acopladas a reacciones exergónicas, siendo ambas dirigidas en direcciones opuestas y en su acople, la energía liberada durante la reacción exergónica se utiliza para llevar a cabo la reacción endergónica. Estos fenómenos son conocido como reacciones de acople.

Algunas afirmaciones básicas basadas en todo lo descrito son: siempre debe haber una reacción exergónica para una endergónica, la energía liberada por la reacción exergónica siempre es mayor a la absorbida en la reacción endergónica, la variación de entropía sumada de ambos tipos de reacciones debe ser mayor a cero, y debe existir un sistema acoplador que en organismos vivos generalmente. Un ejemplo de esta última es la fosforilación de la glucosa a glucosa-6-P mediante la degradación de ATP.

En términos matemáticos la energía libre de Gibbs nos permite conocer cómo evolucionará un proceso, y puede ser definida como variación de la energía libre del sistema calculada a partir de la diferencia de entalpía (cambio de energía a presión constante) y la entropía (energía degradada).

Si la energía libre de Gibbs es igual a cero, se interpreta que el proceso será reversible y estará en equilibrio; si es menor a 0, será un proceso irreversible y no viable en la dirección contraria; si es mayor a cero, será imposible de darse espontáneamente.

La energía libre se puede expresar como la capacidad del sistema de transformar otros tipos de energía en trabajo útil, mientras que la energía interna, es la energía contenida por el sistema