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Reacciones endergónicas y exergónicas # - Biología

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Reacciones endergónicas y exergónicas

Para reacciones con ∆G <0, los productos de la reacción tienen menos energía libre que los reactivos. Las reacciones que tienen un ∆G negativo se denominan reacciones exergónicas. Comprender qué reacciones químicas son espontáneas es extremadamente útil para los biólogos que están tratando de comprender si es probable que una reacción "desaparezca" o no.

Es importante señalar que el término "espontáneo", en el contexto de la termodinámica, NO implica nada acerca de la rapidez con la que avanza la reacción. El cambio en la energía libre solo describe la diferencia entre los estados inicial y final, NO la rapidez con la que se produce la transición. Esto es algo contrario al uso cotidiano del término, que generalmente conlleva la comprensión implícita de que algo sucede rápidamente. Por ejemplo, la oxidación / oxidación del hierro es una reacción espontánea. Sin embargo, un clavo de hierro expuesto al aire no se oxida instantáneamente; puede llevar años.

Una reacción química con un ∆G positivo significa que los productos de la reacción tienen una energía libre más alta que los reactivos (vea el panel derecho de la Figura 1). Estas reacciones químicas se denominan reacciones endergónicas, y NO son espontáneos. Una reacción endergónica no se producirá por sí sola sin la transferencia de energía a la reacción o el aumento de la entropía en otro lugar.

Figura 1. Las reacciones exergónicas y endergónicas dan como resultado cambios en la energía libre de Gibbs. En una reacción exergónica, la energía libre de los productos es menor que la de los reactivos; mientras tanto, en una reacción endergónica, la energía libre de los productos es mayor que la de los reactivos. Atribución: Marc T. Facciotti (trabajo propio)

La construcción de moléculas complejas, como los azúcares, a partir de moléculas más simples es un proceso anabólico y endergónico. Por otro lado, el proceso catabólico, como la descomposición del azúcar en moléculas más simples, es generalmente exergónico. Al igual que en el ejemplo de la oxidación anterior, si bien la descomposición de las biomoléculas es generalmente espontánea, estas reacciones no necesariamente ocurren instantáneamente (rápidamente). Recuerde, los términos endergónico y exergónico solo se refieren a la diferencia de energía libre entre los productos y los reactivos; no le informan sobre la velocidad de la reacción (qué tan rápido ocurre). El tema de la tasa se discutirá en secciones posteriores.

Un concepto importante en el estudio del metabolismo y la energía es el de equilibrio químico. La mayoría de las reacciones químicas son reversibles. Pueden avanzar en ambas direcciones, a menudo transfiriendo energía a su entorno en una dirección y transfiriendo energía del entorno en la otra dirección. Lo mismo es cierto para las reacciones químicas involucradas en el metabolismo celular, como la descomposición y acumulación de proteínas hacia y desde aminoácidos individuales, respectivamente. Los reactivos dentro de un sistema cerrado sufrirán reacciones químicas en ambas direcciones hasta que se alcance un estado de equilibrio. Este estado de equilibrio es uno de los estados de energía libre más bajos posibles y es un estado de máxima entropía. Equilibrio en una reacción química es el estado en el que tanto los reactivos como los productos están presentes en concentraciones que no tienen más tendencia a cambiar con el tiempo. Por lo general, este estado se produce cuando la reacción directa avanza a la misma velocidad que la reacción inversa. ¡TENGA EN CUENTA ESTA ÚLTIMA DECLARACIÓN! Equilibrio significa que las concentraciones relativas de reactivos y productos no cambian con el tiempo, PERO NO significa que no hay interconversión entre sustratos y productos; solo significa que cuando los reactivos se convierten en productos, ese producto (s) se convierten en reactivo (s) a la misma velocidad (ver Figura 2).

Se requiere un reequilibrio de las concentraciones de sustrato o producto (mediante la adición o eliminación de sustrato o producto) o un cambio positivo en la energía libre, típicamente por la transferencia de energía desde fuera de la reacción, para sacar una reacción de un estado de equilibrio. En una célula viva, la mayoría de las reacciones químicas no alcanzan un estado de equilibrio; esto requeriría que alcanzaran su estado de energía libre más bajo. Por lo tanto, se requiere energía para mantener las reacciones biológicas fuera de su estado de equilibrio. De esta manera, los organismos vivos están en una batalla cuesta arriba constante, que requiere energía, contra el equilibrio y la entropía.

Figura 2. En equilibrio, no piense en un sistema estático e inmutable. En cambio, imagina moléculas moviéndose en cantidades iguales de un área a otra. Aquí, en equilibrio, las moléculas todavía se mueven de izquierda a derecha y de derecha a izquierda. Sin embargo, el movimiento neto es igual. Todavía habrá alrededor de 15 moléculas en cada lado de este matraz una vez que se alcance el equilibrio. Fuente: https://courses.candelalearning.com/...apter/entropy/


Vías metabólicas

El metabolismo del azúcar es un ejemplo clásico de uno de los muchos procesos celulares que utilizan y producen energía. Los seres vivos consumen azúcar como principal fuente de energía debido a la alta energía almacenada dentro de sus enlaces. Durante la fotosíntesis, las plantas utilizan energía solar para convertir gas dióxido de carbono (CO2) en moléculas de azúcar (como glucosa: C6H12O6). El oxígeno se produce como producto de desecho. Esta reacción se resume como:

Requiere entrada de energía para continuar. Durante la fotosíntesis, la energía es proporcionada por el trifosfato de adenosina (ATP), la moneda de energía primaria de todas las células. Así como el dólar se usa como moneda para comprar bienes, las células usan moléculas de ATP como moneda de energía para realizar el trabajo. Durante la respiración celular, la glucosa se utiliza como fuente de energía. Puede resumirse mediante la reacción inversa a la fotosíntesis. En esta reacción, se consume oxígeno y se libera dióxido de carbono como producto de desecho. La reacción se resume como:

Aunque simplificadas, ambas reacciones implican muchos pasos. Una vía metabólica es una serie muy organizada de reacciones químicas vinculadas. Están involucrados dos procesos opuestos. Las vías anabólicas requieren un aporte de energía para producir moléculas grandes (polímeros). Las vías catabólicas liberan energía al descomponer los polímeros en sus moléculas más pequeñas (monómeros). En consecuencia, el metabolismo se compone de síntesis (anabolismo) y degradación (catabolismo) (Figura 2).

Figura 2. Las vías catabólicas son aquellas que generan energía al descomponer moléculas más grandes. Las vías anabólicas son aquellas que requieren energía para sintetizar moléculas más grandes. Ambos tipos de vías son necesarios para mantener el equilibrio energético de la célula.


Equilibrio químico

Un concepto importante en el estudio del metabolismo y la energía es el de equilibrio químico. La mayoría de las reacciones químicas son reversibles. Pueden avanzar en ambas direcciones, liberando energía en su entorno en una dirección y absorbiéndola del entorno en la otra dirección (ver imagen a continuación).

Las reacciones exergónicas y endergónicas dan como resultado cambios en la energía libre de Gibbs. Las reacciones exergónicas liberan energía. Las reacciones endergónicas requieren energía para continuar. Crédito de la imagen: OpenStax Biology

Lo mismo es cierto para las reacciones químicas involucradas en el metabolismo celular, como la descomposición y acumulación de proteínas hacia y desde aminoácidos individuales, respectivamente. Los reactivos dentro de un sistema cerrado sufrirán reacciones químicas en ambas direcciones hasta que se alcance un estado de equilibrio. Este estado de equilibrio es uno de los más bajos posibles de energía libre y un estado de máxima entropía.

Se debe poner energía en el sistema para empujar a los reactivos y productos fuera de un estado de equilibrio. Se deben agregar, eliminar o cambiar reactivos o productos. Si una célula fuera un sistema cerrado, sus reacciones químicas alcanzarían el equilibrio y moriría porque no quedaría suficiente energía libre para realizar el trabajo necesario para mantener la vida.

En una célula viva, las reacciones químicas se mueven constantemente hacia el equilibrio, pero nunca lo alcanzan. Esto se debe a que una célula viva es un sistema abierto. Los materiales entran y salen, la célula recicla los productos de ciertas reacciones químicas en otras reacciones y nunca se alcanza el equilibrio químico. De esta manera, los organismos vivos se encuentran en una batalla cuesta arriba y constante que requiere energía contra el equilibrio y la entropía. Este suministro constante de energía proviene en última instancia de la luz solar, que se utiliza para producir nutrientes en el proceso de fotosíntesis.

Animación de video que describe el equilibrio químico

Cuando las moléculas chocan, pueden ocurrir reacciones químicas. Esto provoca cambios estructurales importantes similares a tener un nuevo brazo en la cara. En este video de TED-Ed, George Zaidan y Charles Morton imaginan en broma los sistemas químicos como calles concurridas de la ciudad, y las moléculas que chocan dentro de ellos como los joes promedio que intercambian extremidades.

[Atribuciones y licencias]

Este artículo modificado tiene una licencia CC BY-NC-SA 4.0.

Tenga en cuenta que los videos de esta lección se proporcionan bajo una licencia estándar de YouTube.


Ejemplos de endergónico en los siguientes temas:

Energía gratis

  • Estas reacciones químicas se denominan endergónico reacciones no son espontáneas.
  • Un endergónico la reacción no se producirá por sí sola sin la adición de energía libre.
  • Por tanto, las reacciones químicas implicadas en los procesos anabólicos son endergónico reacciones.
  • Exergónico y endergónico Las reacciones producen cambios en la energía libre de Gibbs.
  • Las reacciones exergónicas liberan energía endergónico las reacciones requieren energía para continuar.

Energía de activación

  • La energía de activación debe tenerse en cuenta al analizar tanto endergónico y reacciones exergónicas.
  • En ocasiones, las células acoplarán una reacción exergónica $ ( Delta G 0) $, lo que les permitirá continuar.
  • La energía libre liberada por la reacción exergónica es absorbida por el endergónico reacción.
  • Si la reacción es exergónica (ΔG 0) determina si los productos en el diagrama existirán en un estado de energía más bajo o más alto que los reactivos.
  • En esto endergónico reacción, todavía se requiere energía de activación para transformar los reactivos A + B en el producto C.

ATP: trifosfato de adenosina

  • Las células acoplan la reacción exergónica de la hidrólisis de ATP con endergónico reacciones para aprovechar la energía dentro de los enlaces de ATP.
  • El ATP proporciona la energía tanto para los consumidores de energía endergónico reacciones y reacciones exergónicas liberadoras de energía, que requieren una pequeña entrada de energía de activación.
  • Las células acoplan la reacción exergónica de la hidrólisis de ATP con la endergónico reacciones de procesos celulares.
  • Al donar energía libre a la bomba de Na + / K +, la fosforilación impulsa la endergónico reacción.
  • En este ejemplo, la reacción exergónica de la hidrólisis de ATP se acopla con la endergónico reacción de conversión de glucosa para su uso en la vía metabólica.

ATP en el metabolismo

  • De esta manera, el ATP es un vínculo directo entre el conjunto limitado de vías exergónicas del catabolismo de la glucosa y la multitud de endergónico vías que alimentan las células vivas.
  • Durante una endergónico reacción química, el ATP forma un complejo intermedio con el sustrato y la enzima en la reacción.
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Reacciones exergónicas y endergónicas: artículo de investigación de World of Biology

Exergonic se refiere a reacciones químicas que proceden espontáneamente de los reactivos a los productos con la liberación de energía. Las reacciones endergónicas requieren un aporte de energía para continuar. Aunque los términos se usan a menudo de manera bastante vaga, son conceptos termodinámicos definidos con precisión basados ​​en cambios en una entidad llamada reacciones que acompañan a la energía libre de Gibbs (G). Las reacciones en las que -G disminuye son exergónicas y aquellas en las que -G aumenta son endergónicas. Las reacciones exergónicas a menudo implican la descomposición de compuestos orgánicos que se encuentran en los alimentos, mientras que las reacciones endergónicas implican con frecuencia la síntesis de moléculas complicadas. El metabolismo biológico contiene muchos ejemplos de ambos tipos, y los organismos vivos han desarrollado técnicas elaboradas para acoplar los dos.

Aunque un -G negativo indica que se debe agregar energía al sistema antes de que ocurra una reacción, no nos dice nada sobre la velocidad a la que progresará. Como suele ser el caso, puede ir muy lentamente si se requiere una energía de activación sustancial para iniciar la reacción. Los organismos vivos han encontrado una forma de solucionar este problema formando proteínas catalizadoras, llamadas enzimas, que reducen efectivamente la cantidad de energía de activación necesaria y permiten que la reacción se desarrolle a un ritmo satisfactorio. Las enzimas no afectan la energía libre de la reacción y no permitirán que se desarrollen reacciones que no sean energéticamente viables.

Al acoplar reacciones exergónicas y endergónicas, los organismos pueden utilizar la energía disponible en los alimentos que consumen para construir proteínas complejas, lípidos, ácidos nucleicos y carbohidratos necesarios para su crecimiento y desarrollo. Un ejemplo bien conocido consiste en acoplar la formación de trifosfato de adenosina (ATP) rico en energía a partir de difosfato de adenosina (ADP) y fosfato (una reacción endergónica), con la transferencia de hidrógeno, extraído de los materiales alimentarios orgánicos, al oxígeno (una reacción exergónica ). El proceso se llama fosforilación oxidativa. La energía almacenada en ATP se puede utilizar posteriormente cuando la conversión exergónica de ATP de nuevo a ADP y fosfato se acopla con la síntesis endergónica de un componente celular necesario.


Lo que aprenderá:

Aunque las reacciones exergónicas sean espontáneas, la reacción se producirá a un ritmo observable. La desproporción de peróxido de hidrógeno libera energía libre a una velocidad muy lenta si los catalizadores específicos no están presentes. El endergónico y el exergónico se basan en el cambio de energía libre. Las reacciones exotérmicas y endotérmicas dependen del cambio de entalpía en un sistema cerrado asociado con la absorción o liberación de calor. Las reacciones químicas exotérmicas son en su mayoría exotérmicas debido a la ruptura de enlaces químicos y la liberación de energía. El catabolismo se refiere a las reacciones en las que los enlaces químicos se rompen durante el metabolismo.


¡Exergónico, Endergónico y Entropía!

Si la reacción es espontánea (Exergonic), ¿significa esto que la entropía debería aumentar?

1. Los gases de oxígeno e hidrógeno pueden reaccionar juntos para formar agua. La entropía de los dos gases es mayor que la entropía del agua líquida, por lo que la entropía parece disminuir. Sin embargo, la reacción es espontánea. Explique la aparente contradicción.

Para cualquier reacción exergónica (espontánea), la entropía del universo aumentará. Es muy factible que la entropía del sistema de reacción disminuya, pero aún así, la entropía del entorno aumentará más que la disminución de la entropía del sistema. La congelación del agua por debajo de 0 ° C es un buen ejemplo. Obviamente, este es un proceso espontáneo; puedes presenciarlo. A medida que el agua líquida se congela, la entropía de las moléculas de agua disminuye mucho. Sin embargo, para congelar el agua líquida, se debe eliminar el calor del agua. Ese calor aumenta la entropía de las moléculas de aire circundantes más de lo que disminuye la entropía del agua. Entonces, la entropía total del universo aumenta durante este proceso espontáneo.

En esta reacción, se libera mucho calor cuando el H2 y el O2 reaccionan para formar agua líquida. Ese calor aumenta la entropía de las moléculas alrededor del agua más que la entropía del H2 y el O2 disminuye a medida que se forma el agua.


Reacciones exergónicas

Estas reacciones son reacciones irreversibles que ocurren espontáneamente en la naturaleza. Por espontáneo significa listo o ansioso por suceder con muy pocos estímulos externos. Un ejemplo es la combustión de sodio cuando se expone al oxígeno presente en la atmósfera. La quema de un tronco es otro ejemplo de reacciones exergónicas. Tales reacciones liberan más calor y se denominan reacciones favorables en el campo de la termodinámica química. La energía libre de Gibbs es negativa a temperatura y presión constantes, lo que significa que se libera más energía que se absorbe. Son reacciones irreversibles.

La respiración celular es un ejemplo clásico de reacción exergónica. Se liberan alrededor de 3012 kJ de energía cuando una molécula de glucosa se convierte en dióxido de carbono. Los organismos utilizan esta energía para otras actividades celulares. Todas las reacciones catabólicas, es decir, la descomposición de una molécula grande en moléculas más pequeñas, es una reacción exergónica. Por ejemplo, la descomposición de carbohidratos, grasas y proteínas libera energía para que los organismos vivos realicen su trabajo.

Algunas reacciones exergónicas no ocurren espontáneamente y requieren una pequeña entrada de energía para iniciar la reacción. Esta entrada de energía se llama energía de activación. Una vez que una fuente externa cumple el requisito de energía de activación, la reacción procede a romper enlaces y formar nuevos enlaces y se libera energía a medida que se produce la reacción. Esto da como resultado una ganancia neta de energía en el sistema circundante y una pérdida neta de energía del sistema de reacción.


¿Qué es Endergonic?

Endergonic es un tipo de reacción que tiene una energía libre de Gibbs positiva. La energía libre de Gibbs es un potencial termodinámico que se utiliza para predecir si una reacción química es espontánea o no espontánea. Una energía libre de Gibbs negativa indica una reacción espontánea. En el caso de reacciones endergónicas, la energía libre de Gibbs es un valor positivo, lo que indica que se trata de una reacción no espontánea. Las reacciones no espontáneas también se pueden denominar reacciones desfavorables.

La energía libre de Gibbs de la reacción endergónica es un valor positivo cuando se calcula utilizando la siguiente relación termodinámica.

ΔG = ΔH y # 8211 TΔS

Donde, ΔG es la energía libre de Gibbs

T es la temperatura del sistema

Figura 1: Diagrama de energía para una reacción endergónica

En una reacción no espontánea, se debe proporcionar energía desde el exterior para la progresión de la reacción. Entonces, la energía de los productos adquiere un valor superior al de la energía de los reactivos. Por esa razón, el cambio de entalpía es un valor positivo (el cambio de entalpía es la diferencia entre las entalpías de productos y reactivos). Dado que se forman nuevos productos, la entropía del sistema disminuye. Entonces, de acuerdo con la ecuación anterior, ΔG es un valor positivo. Las reacciones endergónicas incluyen reacciones endotérmicas.


Vida vegetal

La principal fuente de energía para la vida en la tierra es el sol, que es la fuente de energía para la fotosíntesis: el proceso biológico que transforma la energía radiante en energía química. La energía química se almacena en moléculas biológicas, que luego se pueden utilizar como combustible para satisfacer las necesidades energéticas de un organismo.

Dichas moléculas biológicas incluyen azúcares (o carbohidratos), proteínas y lípidos (o grasas). En las reacciones del metabolismo, se sintetizan muchos tipos de moléculas (anabolismo) y muchas se descomponen (catabolismo). En todas estas reacciones se producen cambios en el contenido energético.


La bioenergética es la ciencia que estudia la descripción de los mecanismos básicos que gobiernan la transformación y uso de la energía por los organismos. Un principio básico de la bioenergética es que ninguna reacción química puede ser 100 por ciento eficiente desde el punto de vista energético. En otras palabras, en todas las reacciones hay alguna transferencia de energía, pero parte de ella siempre se pierde en forma de calor.

La energía (a menudo medida en calorías) contenida en la estructura molecular de un compuesto se llama energía libre de Gibbs (en honor a Josiah Willard Gibbs, 1839-1903, quien fundó la disciplina de la ciencia física) y es la energía disponible para realizar un trabajo.

La diferencia entre la energía libre de los productos y la energía libre de los reactivos en una reacción química se denomina cambio de energía libre y es fundamental para determinar si una reacción puede ocurrir espontáneamente. Si el cambio en la energía libre es negativo, se libera energía y el contenido de energía libre es menor en los productos que en los reactivos.

Tales reacciones se consideran exergónicas. Por otro lado, si el cambio en la energía libre es positivo, la reacción se considera endergónica y no es espontánea (es decir, las reacciones endergónicas requieren una fuente de energía para permitir que ocurran).

Muchas reacciones celulares son endergónicas y no pueden ocurrir espontáneamente. Sin embargo, las células pueden facilitar las reacciones endergónicas utilizando la energía liberada por otras reacciones exergónicas, un proceso llamado acoplamiento de energía.

Como ejemplo, considere una reacción endergónica común en plantas en la que la glucosa y la fructosa se unen para producir sacarosa. Para permitir que esta reacción tenga lugar, se combina con una serie de otras reacciones exergónicas de la siguiente manera:

glucosa + trifosfato de adenosina (ATP) & # 8594 glucosa-p + ADP

fructosa + ATP y # 8594 fructosa-p + difosfato de adenosina (ADP)

glucosa-p + fructosa-p & # 8594 sacarosa + 2 PI(fosfato inorgánico)

Por lo tanto, aunque producir sacarosa a partir de glucosa y fructosa es una reacción endergónica, las tres reacciones anteriores son exergónicas. Esto es representativo de la forma en que las células facilitan las reacciones endergónicas.

La molécula principal involucrada en proporcionar la energía para que tengan lugar las reacciones celulares endergónicas es el trifosfato de adenosina, o ATP, la misma molécula utilizada en el ejemplo anterior.

El ATP se produce típicamente uniendo un fosfato inorgánico al difosfato de adenosina (ADP), que es una reacción endergónica. Esto también representa una característica de las reacciones químicas: si una reacción es exergónica en una dirección, será endergónica en la dirección opuesta.

Por tanto, la degradación de ATP es exergónica, mientras que la producción de ATP es endergónica. La energía para la producción de la mayor parte del ATP en las células vegetales proviene de las reacciones lumínicas de la fotosíntesis y el sistema de transporte de electrones en las mitocondrias.

El enigma es por qué se usa ATP y no cualquier otra molécula. Aunque no se dispone de una justificación completa, hay varios puntos que apoyan su importancia.

Primero, está la alta estabilidad de la molécula de ATP al pH fisiológico (alrededor de 7,4) hacia la hidrólisis y descomposición en ausencia de un catalizador enzimático. Esta estabilidad permite que el ATP se almacene en la celda hasta que se necesite. En segundo lugar, el ATP es una de las moléculas (un nucleótido) que se utiliza en la síntesis de ADN.

Finalmente, la magnitud del cambio en la energía libre involucrada en la transformación ATP-ADP es útil para impulsar muchas de las reacciones endergónicas en la célula. Como resultado, puede desempeñar el papel de intermediario con bastante facilidad.


Ver el vídeo: endergonico exergonico atp (Julio 2022).


Comentarios:

  1. Brarg

    Pido disculpas, pero, en mi opinión, está equivocado. Discutámoslo.

  2. Dilkree

    Está de acuerdo, este notable mensaje

  3. Kienan

    No puedo participar en la discusión en este momento, no hay tiempo libre. Seré libre, definitivamente escribiré lo que pienso.

  4. Kyland

    Alejarse

  5. Oz

    no confío en tí

  6. Shijo

    Engaño excepcional

  7. Jabir

    Contigo estoy completamente de acuerdo.

  8. Tegal

    la calidad es mierda y también la norma



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