EL HOMBRE COMO SISTEMA TERMODINÁMICO

1. EL HOMBRE COMO SISTEMA TERMODINÁMICO

2. SISTEMA TERMODINÁMICO

3. UNIVERSO SISTEMA ALREDEDORES

4. UNIVERSO ALREDEDORES SISTEMA

5. AISLADOS SISTEMAS CERRADOS ABIERTOSIntercambian materia y energía con los alrededores

6. SISTEMA TERMODINÁMICO

7. TERMODINÁMICA Se ocupa del intercambio entre las distintas formas de energía

8. BIOENERGETICA Intercambios de energía de los seres vivos con su medio ambiente  Cambios de energía en las reacciones químicas y procesos fisicoquímicos de los seres vivos

9. SERES VIVOS Sistemas termodinámicos abiertos en estado estacionario Máquinas químicas que operan a T y P constantes

10. Analogía entre seres vivos y otras máquinas

11. SERES VIVOS Sistemas termodinámicos abiertos en estado estacionario Máquinas químicas que operan a T y P constantes

12. EQUILIBRIO QUÍMICO A B Las concentraciones se mantienen constantes en función del tiempo  No tienen posibilidad de efectuar trabajo

13. ESTADO ESTACIONARIO A B C  Las velocidades de producción y degradación se igualan  Tienen capacidad de realizar trabajo

14. ENERGÍA INCORPORACIÓN UTILIZACIÓN DEGRADACIÓN

16. ENERGÍA Energía solar Alimentos INCORPORACIÓN AUTOTROFOS HETEROTROFOS UTILIZACIÓN DEGRADACIÓN Aumento de ENTROPÍA CALOR DESECHOS

17. NUTRIENTES Hidratos de carbono Proteínas Aportan energía Lípidos Otros : vitaminas, minerales

18. METABOLISMO Suma de todas las transformaciones químicas que se producen en una célula u organismo Procesos en los cuales se obtiene y utiliza la energía

19. OXIDACIONES BIOLOGICAS Glucosa + O2 CO2 + H2O + calor ESTUDIO DE PROCESOS DE COMBUSTIÓN cámaras calorimétricas Liberación de calor Consumo de O2 Liberación de CO2

20. Calor de combustión de compuestos orgánicos Calor liberado en organismos Calor de combustión (kJ/g) (kJ/g) Hidratos de carbono 17,6 17,1 C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O Grasas 39,7 38,3 C3H5O3(C4OH7)3 + 18.5 O2 15CO2 + 13 H2O Proteínas 17,1 23,8 2 C6H13O2N +14.5 O2 12 CO2 + 13 H2O +N2 C6H13O2N+ 7.5 O2 5.5 CO2 + 5.5 H2O + 0.5CO2(NH2)2

21. UTILIZACION DE LA ENERGIA METABOLISMO BASAL CALOR DE COMBUSTION DE ALIMENTOS TRABAJO MECANICO

22. METABOLISMO BASAL Energía necesaria para el desarrollo de las funciones vitales y el mantenimiento de la temperatura corporal. Condiciones para determinaciónFunciones reducidas al mínimo  reposo muscular (posición acostada)  ayuno previo de 12 h despierto y en reposo mental  condiciones ambientales que constituyan un microclima térmicamente neutro (20-24C para un individuo ligeramente vestido)

23. Producción de calor basal de diversas especies animales en relación a su peso corporal elefante caballo hombre perro ganso conejo rata paloma ratón

24. RELACION DEL METABOLISMO BASAL CON LA SUPERFICIE CORPORAL Metabolismo basal/día = S x 24 h x 167 kJ/m2 h

25. Producción calórica total de un hombre de 70 kg en diversas condiciones de actividad Condición Producción calórica (J/h) Durmiendo 272 Acostado 322 De pie 439 Caminando lento 837 Caminando ligero 1255 Corriendo 2385 Escribiendo a máquina 586 Trabajando en carpintería 1004

26. Primera Ley de la Termodinámica En todo cambio la energía no se crea ni se destruye, se transforma. DU = q + w

27. Energía de alimentos Calor Trabajo Energía química Calor, trabajo El individuo mantiene su peso constante

28. INGESTA: Análisis de los alimentos Contenido calórico (kJ/g) Total (kJ) 1180 69 g proteínas 17,1 76 g grasas 2987 39,3 5130 17,1 300 g glúcidos 9297 ENERGÍA LIBERADA: Calorimetría directa 9207 kJ/día

29. Calor Trabajo Energía de alimentos Energía química Energía química de sustancias de reserva Crecimiento, embarazo

30. Energía de alimentos Calor Trabajo Energía química de sustancias de reserva Calor, Trabajo Pérdida de peso

31. Segunda Ley de la Termodinámica Todo proceso espontáneo resulta en un incremento neto de entropía, o desorden, del sistema más sus alrededores S= función entropía dS = dq/T DSu = DSs + DSalr

32. Los organismos vivos presentan un alto grado de orden Nutrientes Organismo vivo Calor Aumento de Entropía Luz solar

33. CRECIMIENTO Célula Disminución de entropía Aumento de energía libre Alrededores Aumento de entropía Disminución de energía libre Aumento de entropía Disminución de energía libre Universo

34. ESTADO ESTACIONARIO Célula Entropía constante Energía libre constante Alrededores Aumento de entropía Disminución de energía libre Aumento de entropía Disminución de energía libre Universo

35. DEGRADACION Célula Aumento de entropía Disminución de energía libre Alrededores Entropía constante Energía libre constante Aumento de entropía Disminución de energía libre Universo

36. Sistema cerrado Sistema abierto Evoluciona hacia el equilibrio Estado estacionario No mantiene la vida Mantiene la vida

37. REACCIONES DE DEGRADACIÓN CATABÓLICAS LIBERAN ENERGÍA REACCIONES DE SÍNTESIS ANABÓLICAS REQUIEREN ENERGÍA

38. 1 Una reacción que libera energía Elementos 2 Una reacción que requiera energía 3 Un intermediario común ? COMO HACEN LOS SERES VIVOS PARA LLEVAR A CABO REACCIONES ANABÓLICAS Y PROCESOS QUE REQUIEREN ENERGÍA A TRAVES DE REACCIONES ACOPLADAS

39. REACCIONES ACOPLADAS REACCIONES EXERGÓNICAS (Liberan energía libre) REACCIONES ENDERGÓNICAS (Requieren energía libre) ATP TRANSPORTADOR DE ENERGíA DESDE LOS PROCESOS CELULARES PRODUCTORES DE ENERGíA A LOS PROCESOS QUE REQUIEREN ENERGÍA

40. Utilización de la energía libre para realizar trabajo mecánico y químico

41. REACCIONES ACOPLADAS PARA QUE DOS REACCIONES PUEDAN ACOPLARSE ES NECESARIO QUE TENGAN UN INTERMEDIARIO COMUN A + B C + D D + E F + G

42. EJEMPLO Fosforilación de la glucosa acoplada a la hidrólisis del ATP DGº´(kJ mol-1) ATP + H2O ADP + fosfato -30,9 REACCION 1 Glucosa + fosfato Glucosa-6-P + H2O +16,7 REACCION 2 -14,2 ATP + glucosa Glucosa-6-P + ADP Una reacción que libere energía ( DG<O) REACCION 1 Elementos Una reacción que requiera energía (DG>O) REACCION 2 Un intermediario común fosfato

43. Eficiencia: energía producida rendimiento máximo NO TODA LA ENERGIA LIBERADA EN UNA REACCION EXERGONICA PUEDE SER UTILIZADA PARA REALIZAR UNA REACCION ENDERGONICA EFICIENCIA

44. Perfil de energía libre en la respiración aeróbica

45. Eficiencia: energía producida x 100 rendimiento máximo Eficiencia C6H12O6 + 6 O2 + 38 ADP + 38 Pi 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O DG°´ = -2868 kJ mol-1 38 ADP + 38 Pi 38 ATP DG°´ = +1160 kJ mol-1 | +1160| kJ mol-1 | -2868| kJ mol-1 41% = =

46. El ATP como intermediario

47. Gracias