Temas selectos de Biofisica

La Bioenergética es la parte de la biología muy relacionada con la física, que se encarga del estudio de los procesos de absorción, transformación y entrega de energía en los sistemas biológicos. En general, la Bioenergética se relaciona con la Termodinámica, en particular con el tema de la Energía Libre, en especial la Energía Libre de Gibbs. Proporciona los principios que explican porque algunas reacciones pueden producirse en tanto que otras no. Los sistemas no biológicos pueden utilizar la energía calorífica para realizar trabajo, pero los sistemas biológicos son isotérmicos y emplean la energía química para impulsar los procesos vitales.

La energía química de un compuesto está representada por el movimiento y posición relativa de los átomos y partículas componentes; por los enlaces y atracciones y a menudo el contenido energético de las moléculas involucradas disminuye o aumenta. El curso de cualquier reacción química es determinado por el contenido de energía del sistema en consideración y por el intercambio de energía libre entre él y su entorno.

Medir el contenido de energía de un sistema puede ser difícil, en cambio resulta más fácil determinar el cambio de energía producido entre los estados inicial y final. La forma más común de energía es el calor. Prácticamente todos los procesos químicos son acompañados por consumo o producción de calor. En el primer caso se denominan endotérmicos, en el segundo, exotérmicos.

Los cambios en la energía libre de Gibbs ΔG nos dan una cuantificación de la factibilidad energética de una reacción química y pueden proveer de una predicción de si la reacción podrá suceder o no. Como una característica general de La Bioenergética, esta solo se interesa por los estados energéticos inicial y final de los componentes de una reacción química, los tiempos necesarios para que el cambio químico se lleve a cabo en general se desprecian. Un objetivo general de la Bioenergética, es predecir si ciertos procesos son posibles o no; en general, la cinética cuantifica qué tan rápido ocurre la reacción química.

METABOLISMO

El Metabolismo es el conjunto de transformaciones que experimenta la materia externa desde su absorción o adición al citoplasma, hasta su eliminación del mismo. Por ejemplo, las células están compuestas por un complejo sistema de reacciones químicas que generan energía y otras que utilizan energía, esto en general es el Metabolismo. El Metabolismo Comprende dos fases:

• El Anabolismo (Síntesis de compuestos orgánicos)
• El Catabolismo (Degradación de sustancias complejas)
  

Estos representan la suma de cambios químicos que convierten los alimentos en formas utilizables de energía y en moléculas biológicas complejas.

ATP

En general, el Adenosín trifosfato (ATP) o trifosfato de adenosín es la conexión entre los sistemas que producen la energía y los que la utilizan; la degradación oxidativa de los alimentos es un proceso exergónico 'son endergónicos y utilizan la energía química almacenada en forma de ATP y NADH.

RELACIONES TERMODINÁMICAS

Las células vivas son capaces de realizar la conversión de distintas formas de energía y pueden intercambiar energía con su entorno, es conveniente revisar algunas leyes o principios de la termodinámica que rigen las reacciones de este tipo. El primer principio de la termodinámica es una ley de conservación de la energía y estipula que, aunque la energía se puede convertir de una forma a otra, la energía total del sistema ha de permanecer constante. Por ejemplo, la energía química disponible en un combustible metabólico tal como la glucosa se puede convertir en el proceso de la glucólisis en otra forma de energía química, el ATP.

La energía implicada en un gradiente osmótico electro potencial de protones establecido a través de la membrana mitocondrial puede convertirse en energía química al utilizar dicho gradiente para impulsar la síntesis de ATP. Para discutir el segundo principio de la Termodinámica se debe definir el término entropía. La entropía (que se designa con el símbolo S) es una medida o indicador del grado de desorden en un sistema. La entropía se puede considerar también como la energía de un sistema que no se puede utilizar para realizar trabajo efectivo. Todos los procesos, ya sean químicos o biológicos progresan hacia una situación de máxima entropía.

No obstante, en los sistemas biológicos es casi imposible cuantificar cambios de entropía ya que estos sistemas raramente están en equilibrio. Por razones de sencillez y por su utilidad inherente en estos tipos de consideraciones, se empleará la cantidad denominada energía libre.