Download Clase 9 Termodinamica Quimica y Estadística

Biofísico-química FCEFyN 2011
Termodinámica de reacciones acopladas
Dra. Dolores C. Carrer
dolorescarrer@immf.uncor.edu
Reacciones acopladas: dos reacciones químicas con una especie en común
1.
2.
A+B↔M+D
M+R↔S+T
ΔG » 0
ΔG « 0
La reacción 2 gastará grandes cantidades de M, impulsando a la reacción 1 a progresar.
Si la suma de los ΔG es negativo, la reacción ocurrirá.
En particular,
ATP + H2O ↔ ADP + Pi
ΔG < 0
Esta hidrólisis se acopla en los organismos vivos a procesos termodinámicamente
desfavorables, como:
-síntesis de proteínas, ADN, ARN
-transporte de sustancias en contra de su gradiente electroquímico
-contracción muscular para producir trabajo mecánico
La reacción
ADP + Pi ↔ ATP + H2O
ΔG > 0
Es forzada a ocurrir por acoplamiento con la oxidación de la glucosa
Glucosa + 6 O2 ↔ 6 CO2 + 6 H2O
ΔG <0
(En realidad, aquí participan muchas reacciones: la glicólisis, la conversión de
piruvato en acetilCoA, el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa. En cada una de
ellas se va formando ATP y liberando CO2)
Introducción a la termodinámica estadística
Ley de distribución de Boltzmann
Si la energía asociada con algún estado de un sistema es Ei, entonces la frecuencia con
la que ese estado ocurre, o la probabilidad de que ocurra, es proporcional a
exp (-Ei/kBT)
La probabilidad de ocupación de un determinado estado energético disminuye
exponencialmente con la energía del estado
Donde T es la temperatura del sistema y kB es la constante de Boltzmann
Para un sistema macroscópico en equilibrio a la temperatura T, la probabilidad de encontrarlo en
en el (micro)estado i es
P= Ni/N = exp (-Ei/kBT) / ∑i exp (-Ei/kBT) = exp (-Ei/kBT) / q
Ni = cantidad de partículas en el microestado i
N= cantidad total de partículas
q = función de partición molecular
Ei = energía del microestado i
kB = constante de Boltzmann
T
T
T
Nos permite especificar las
poblaciones mas probables de los
distintos estados de un sistema a
una dada temperatura
Ei/kBT = 3
Ei/kBT = 1
Ei/kBT = 0,3
Ejemplo:
distribución de Maxwell-Boltzmann para la velocidad de las moléculas de un gas
ideal a una dada T