8 Bioenergetica

Catedra de Bioquímica
INDICE
1. INTRODUCCION
2. PRINCIPIOS DE TERMODINAMICA
3. LA TERMODINAMICA EN SISTEMAS VIVOS
4. TIPOS DE REACCIONES
5. ACOPLAMIENTO DE REACCIONES
6. METABOLISMO ENERGETICO
7. ENERGIA EN EL CUERPO HUMANO
8. TIPOS DE ENERGIA
9. DEPOSITOS DE RESERVA ENERGETICA
10. REGULACION DE LA TERMOGENESIS

1. INTRODUCCIÓN
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.
Bioenergética es el estudio de los procesos mediante los cuales las
células vivas utilizan, almacenan y liberan energía, y la conversión
de una forma de energía en otra.
Trata de explicar mediante los principios de termodinámica como los organismos
obtienen de las reacciones químicas la energía necesaria para cumplir con sus
funciones o estar con vida.
►BIOENERGETICA. Es el estudio de las transformaciones de energía que tienen
lugar en la célula, y de la naturaleza y función de los procesos químicos en los que
se basan esas transformaciones, las cuales siguen las leyes de la termodinámica.
► QUÉ ES LA TERMODINÁMICA?
Es la rama de la física que describe los estados de equilibrio a nivel macroscópico.
Permite estudiar los procesos de intercambio de masa y energía térmica entre
sistemas térmicos diferentes. Se puede definir en 3 leyes.
►FLUJO DE ENERGIA
La energía fluye de un organismo a otro, por lo tanto es constante.
BIOENERGÉTICA
FLUJO DE ENERGIA
Luz Fotosíntesis
CO2 + H 2O (CH2O)n + O2
Clorofila
Carbts Lip. Prot.
Respiración
ATP
Mecánico
W (trabajo) Transporte
Químico
BIOENERGÉTICA
2. PRINCIPIOS DE TERMODINAMICA
ENERGIA
Todo aquello capaz de generar trabajo y puede perderse en
forma de calor si no genera trabajo.
CALORIA (Cal)
Unidad que representa la cantidad de energía transferida a un
gramo de agua para elevar la temperatura en 1°C.
15,5°C Cal/Mol
Cal Kcal/Mol (1 000 Cal/Mol)
14,5°C
Una cantidad de energía siempre se acompaña con una
cantidad de materia (Mol).
BIOENERGÉTICA
ENERGIA INTERNA (E)

Es la energía que se presenta en un sistema a nivel de sus
átomos y moléculas.
ENERGIA LIBRE (G)

Energía que puede realizar trabajo.
ENTROPIA (S)
Energía que genera el desorden en un sistema termodinámico.
ENTALPIA (H)
Total de energía que presenta un sistema termodinámico, también
se llama contenido calórico.
BIOENERGÉTICA
LEYES DE TERMODINAMICA
1° LEY
“La energía no se crea ni se destruye solo se transforma.”
La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:
Donde U es la energía interna del sistema, Q es la cantidad de calor

aportado al sistema y W es el trabajo realizado por dicho sistema.
2° LEY
“Toda reacción espontanea es aquella que se lleva a cabo sin aporte de
energía, por el contrario genera energía libre y tiende al equilibrio”.
LEY DE HESS
“La energía de una reacción química depende del estado final y estado
inicial independiente de las etapas intermedias en que se lleva a cabo.”
BIOENERGETICA
A B
E1 ΔE E2
Energía libre G1 ΔG G2 MAS IMPORTANTE
Entropía S1 ΔS S2
Entalpia H1 ΔH H2
Toda reacción trae consigo cambio de energía y son

fáciles de determinar.
3. LA TERMODINÁMICA EN SISTEMAS VIVIENTES
El cuerpo humano está continuamente intercambiando materia y

energía con sus alrededores, consumiendo energía para desarrollar
los trabajos internos y externos, y para fabricar moléculas estables,
para lo cual necesita alimentarse ingiriendo moléculas de gran
energía libre.
Tiene la peculiaridad de que su entropía es

mínima, por eso es un sistema termodinámico
inestable lo que provoca su evolución
permanente, o sea la vida misma.
Los seres vivos son organismos (sistemas)

abiertos que intercambian energía y materia
con el entorno. Los procesos son irreversibles
y no reproducibles.
BIOENERGETICA
4. TIPOS DE REACCIONES.
Existe dos tipos de reacciones:
1. REACCIONES ENDERGONICAS
Necesita ganar energía y su ΔG es positivo.
Se manifiestan durante los procesos anabólicos de manera que
requieren que se le ¨añada energía¨ a los reactivos.
Ejemplo: La fotosíntesis.
2. REACCIONES EXERGONICAS
Necesita perder energía y su ΔG es negativo.
Se manifiestan durante los procesos catabólicos de manera que
¨liberan energía¨.
Por ejemplo: La respiración celular, donde al oxidar la glucosa
genera energía para realizar las funciones vitales.
BIOENERGETICA
Ej. A B
10 kcal/Mol 15kcal/Mol
B
+5kcal/Mol
- 5kcal/Mol
A
A B Reacción Endergónica (+ 5kcal/Mol)

B A Reacción Exergónica (- 5kcal/Mol)
A ΔG B ΔG C ΔG D ΔG
BIOENERGETICA
CALCULO DEL CAMBIO DE ENERGIA LIBRE (ΔG)

El ΔG se puede calcular con la Ec. De NERNST
ΔG = Cambio de energía libre real y observada

ΔG°´= Cambio de energía libre estándar prima
(Lab: pH=7; P=1Atm; T=25°C; [ ]=1M; Eq)
R = 1,987Cal/Mol°k
T= 298°k
[A]= Reaccionante
[B]= Resultante
BIOENERGETICA
Ej. La siguiente reacción

se lleva a cabo en el
interior de un glóbulo
rojo. kEq = 0,047
Calcular el cambio
de energía libre (ΔG). [2x10-4M] [3x10-6M]
5. ACOPLAMIENTO DE REACCIONES
Las reacciones acopladas son aquellas donde la energía libre de una reacción
(exergónica) es utilizada para conducir y/o dirigir una segunda reacción
(endergónica). Por lo tanto las reacciones acopladas representan reacciones
liberadoras de energía acopladas a reacciones que requieren energía.
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O (ΔG°´= - 686 kcal/Mol)

Glucosa
C16H32O6 + 23O2 6CO2 + 6H2O (ΔG°´= -2340 kcal/Mol)

Acido Palmítico
ADP + Pi ATP + H2O (ΔG°´= + 7,3 kcal/Mol)

Glucosa 38 38
Ac. Palmítico. 129 129
BIOENERGETICA
La combustión se lleva a cabo mediante una serie de

reacciones que se conoce con el nombre de Metabolismo,
esto permite que la energía se libere poco a poco y no se
altere la estructura celular y un mejor aprovechamiento de
energía.
ATP + H2O ADP + Pi (ΔG°´= -7,3 kcal/Mol)
La energía que se libera es utilizado para llevar a cabo

reacciones endergónicas, con lo que se conoce con el
nombre de acoplamiento de reacciones. La energía que se
aprovecha es en forma de ATP.
BIOENERGETICA
combustible ATP
(alimentos) mecánico
transporte
W
químico
CO2 + H2O ADP + Pi
Tres tipos de combustible que se queman en el

organismo mediante reacciones exergónicas a las cuales
se acopla reacciones de fosforilación de ATP, pero luego
esa energía es utilizada para realizar trabajo.
6. METABOLISMO ENERGÉTICO
Al oxidarse los carbohidratos, proteínas y grasas, liberan energía potencial,

poniéndose a disposición del cuerpo para cubrir sus necesidades energéticas
(trabajo mecánico, regulación térmica, perdida de calor y otros). Aprovechan
la energía:
- A partir de la energía solar. (en vegetales)
- A partir de componentes químicos de su entorno (nutrientes). En animales.
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)
A. BALANCE ENERGÉTICO
Para hacer un balance energético se comparan los ingresos

y salidas de energía:
• La energía del alimento es la entrada bruta

Energía Ingresada de energía al organismo.
• Se puede expresar como calor y puede

Salida de Energía determinarse directamente por medición
de la eliminación calórica
Calor • Ya que se libera por oxidación y una parte

aparece como trabajo mecánico
Orina • Es una causa de perdida de energía en el

organismo del ser humano
Heces • Desechos solidos

B. MECANISMOS UTILIZADOS POR LAS CÉLULAS
PARA GENERAR ENERGIA (ATP)
C. FUENTES DE ENERGÍA
♠ La energía que mueve al mundo viviente proviene del Sol. La

energía solar es capturada por algunos organismos (ciertos
microbios y las plantas verdes) que la aprovechan directamente
mediante la fotosíntesis.
♠ El resto de los seres vivientes, que no tienen la facultad de utilizar

directamente la energía solar de esta manera, dependen de un
proceso inverso para funcionar (oxidación de alimentos)
D. FOTOSINTESIS
♣ El proceso biológico más importante de la

Tierra es la fotosíntesis de las plantas.
♣ A partir de ésta se produce prácticamente

toda la materia orgánica de nuestro planeta
y se garantiza toda la alimentación de los
seres vivos.
♣ Mediante el proceso de la fotosíntesis la

energía solar es acumulada en forma de
compuestos químicos, que al ser
consumidos por los seres vivos liberan esa
energía y sirven para mantener los procesos
vitales en las células (calor, movimiento,
etc.).
E. UTILIZACIÓN DE ENERGIA SOLAR POR LOS SERES VIVOS
7. ENERGIA EN EL CUERPO HUMANO
☺ En nuestro organismo, se
establecen diferentes tipos de
energía y cada cual cumple una
función completa y determinante,
podemos encontrar dos energías
concretas y que trabajan en
armonía.
☺ El Ser humano toma energía del

Aire y la otra viene de la Tierra a
través de los alimentos.
ENTRADA DE ENERGÍA
Todas las unidades biológicas se alimentan, con la finalidad de proveerse

tanto de energía como de materia prima para su crecimiento y
desarrollo
Los alimentos pueden agruparse en tres grandes grupos:

Carbohidratos, Proteínas y Grasas.
ENTRADA DE ENERGÍA
Grupo Unidad Transformación

Alimenticio Metabolizada Convergente
Carbohidratos Glucosa
Grasas Ácidos Grasos Energía en

ATP
Proteínas Aminoácidos
8. TIPOS DE ENERGÍA
ENERGÍA BRUTA ENERGÍA DIGERIBLE

Es la energía calórica total Es la cantidad de energía
contenida en la ración que queda después de la
digestión.
ENERGÍA NETA.
Es la diferencia Existente, entre ENERGÍA METABOLIZABLE
la energía metabolizable y las Es la energía que queda
pérdidas energéticas, en forma después de restar las pérdidas
de calor; constituye la energía de energías por las heces,
disponible para la producción de orina y gases
trabajo o aumento de peso
9. DEPÓSITOS DE RESERVA ENERGÉTICA
Hidratos de Carbono: La forma de reserva de los hidratos de

carbono es a través del glucógeno (en animales).
Lípidos o grasas: Conforman o constituyen un componente

energético fundamental de reserva energética se hace en
forma de triglicéridos en el tejido adiposo.
Proteínas: No conforman una reserva energética especifica

en el organismo, poro las mismas al oxidarse puedan formar
energía.
SALIDA DE ENERGÍA.
Puede expresarse, como el calor y puede determinarse por la
medición de la eliminación calórica.
10. REGULACIÓN DE LA TERMOGÉNESIS
La cantidad del calor generado en el organismo depende

de los factores ambientales como también del estado de
reposo.
 Regulación de las Pérdidas Calóricas:

La eliminación del calor por el organismo, es un proceso
de vital importancia, debido a la continua producción de
calor en los tejidos.
A. UNIDADES CALÓRICAS
☻La unidad de calor es la caloría (cal.) que es la cantidad

de calor requerida para elevar 1 grado centígrado, la
temperatura de 1 ml de agua.
La kilocaloría (kcal.) es igual a 1000 calorías.
☻ Valores calóricos.-
Cuando se oxidan en el organismo carbohidratos y las
grasas, suministran los mismos productos finales (dióxido
de carbono y agua).
La cantidad de calor liberada es por termino medio de 4.1

kcal. para un gramo de carbohidratos y de 9.3 kcal. para
un gramo de grasa.
B. CONDICIONES DE LA TEMPERATURA
El equilibrio térmico del organismo implica una minuciosa

regulación de la génesis y eliminación de calor bajo la
influencia de los centros del hipotálamo.
Estos centros son excitados por:

 Estímulos procedentes de los receptores cutáneos del
calor y frío.
 Estímulos de los termo-receptores de los tejidos.
 Variaciones de la temperatura de la sangre actúan sobre
los termo-receptores del hipotálamo la cual influye en la
eliminación del calor.
C. TEMPERATURA AMBIENTE
 La temperatura neutra alcanza

valores mínimos esta entre 15º -
25º C
 En el ejercicio aumenta el
metabolismo basal y en el sueño
disminuye en un 10%.
D. TRASTORNOS DE LA TERMORREGULACIÓN
 El trastorno más importante

del equilibrio térmico, es la
fiebre que obedece a una
modificación funcional del
centro termorregulador
ubicado en el hipotálamo.
 La elevación de la
temperatura corporal es el
síntoma principal de la
mayoría de las enfermedades
infecciosas.
OTROS TIPOS DE TRASTORNOS O ALTERACIONES
 Hipotermia: Descenso de la
temperatura corporal.
 Hipertermia: Elevación de la
temperatura corporal.
BIBLIOGRAFIA
1. M. Cooper, Geoffrey (2004). Marban, ed. La Célula (2 ed. edición).
ISBN 84-7101-356-8
2. M. Devlin, Tomas (2004). Bioquímica. Barcelona: Reverté.

ISBN 84-291-7208-4
3. Contreras Vázquez, Edgar (2003). «Bioenergética». Ciudad de México,

México.
4. Lehninger. Principles of Biochemistry, Fourth Edition, David L. Nelson

And Michael M. Cox.
Enlaces externos
http://www.gestaltvalencia.com
http://Bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/092/ht
m/energia.htm

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3. LA TERMODINAMICA EN SISTEMAS VIVOS

7. ENERGIA EN EL CUERPO HUMANO

9. DEPOSITOS DE RESERVA ENERGETICA

10. REGULACION DE LA TERMOGENESIS

La bioenergética es la parte de la biología muy relacionada con la física, que se

Carbts Lip. Prot.

ENERGIA INTERNA (E)

ENERGIA LIBRE (G)

Donde U es la energía interna del sistema, Q es la cantidad de calor

Energía libre G1 ΔG G2 MAS IMPORTANTE

Toda reacción trae consigo cambio de energía y son

El cuerpo humano está continuamente intercambiando materia y

Tiene la peculiaridad de que su entropía es

Los seres vivos son organismos (sistemas)

A B Reacción Endergónica (+ 5kcal/Mol)

CALCULO DEL CAMBIO DE ENERGIA LIBRE (ΔG)

ΔG = Cambio de energía libre real y observada

Ej. La siguiente reacción

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O (ΔG°´= - 686 kcal/Mol)

C16H32O6 + 23O2 6CO2 + 6H2O (ΔG°´= -2340 kcal/Mol)

ADP + Pi ATP + H2O (ΔG°´= + 7,3 kcal/Mol)

La combustión se lleva a cabo mediante una serie de

ATP + H2O ADP + Pi (ΔG°´= -7,3 kcal/Mol)

La energía que se libera es utilizado para llevar a cabo

CO2 + H2O ADP + Pi

Tres tipos de combustible que se queman en el

Al oxidarse los carbohidratos, proteínas y grasas, liberan energía potencial,

Utilizan la energía para la producción de un trabajo biológico.

Para hacer un balance energético se comparan los ingresos

• La energía del alimento es la entrada bruta

• Se puede expresar como calor y puede

Calor • Ya que se libera por oxidación y una parte

Orina • Es una causa de perdida de energía en el

Heces • Desechos solidos

♠ La energía que mueve al mundo viviente proviene del Sol. La

♠ El resto de los seres vivientes, que no tienen la facultad de utilizar

♣ El proceso biológico más importante de la

♣ A partir de ésta se produce prácticamente

♣ Mediante el proceso de la fotosíntesis la

☺ El Ser humano toma energía del

Todas las unidades biológicas se alimentan, con la finalidad de proveerse

Los alimentos pueden agruparse en tres grandes grupos:

Grupo Unidad Transformación

Grasas Ácidos Grasos Energía en

ENERGÍA BRUTA ENERGÍA DIGERIBLE

Hidratos de Carbono: La forma de reserva de los hidratos de

Lípidos o grasas: Conforman o constituyen un componente

Proteínas: No conforman una reserva energética especifica

La cantidad del calor generado en el organismo depende

 Regulación de las Pérdidas Calóricas:

☻La unidad de calor es la caloría (cal.) que es la cantidad

La cantidad de calor liberada es por termino medio de 4.1

El equilibrio térmico del organismo implica una minuciosa

Estos centros son excitados por:

 La temperatura neutra alcanza

 El trastorno más importante

2. M. Devlin, Tomas (2004). Bioquímica. Barcelona: Reverté.