La Variación de Energía Libre Estandar en Química y Bioquímica Y Su significado

1. La Variación de Energía Libre Estandar en Química y Bioquímica Y Su significado Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

2. En las reacciones Químicas se define la Variación de Energía Libre Estandar Se representa así : DGº Es la Variación de Energía libre de un proceso Químico que tiene lugar a : Temperatura constante de 25ºC ( 298ºK ) pH = 0 Concentración inicial de los reaccionantes ( sustratos ) y productos de 1 M La variación de Energía Libre Standard representa la forma termodinámica en que se expresa la Constante de equilibrio ( Keq ) de una reacción DGº = - RT ln Keq Donde R es la Constante de los gases : 1,987 cal mol-1 ºK-1 Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

3. En las reacciones Bioquímicas definimos la Variación de Energía Libre Estandar Se representa así : DGº´ Es la Variación de Energía libre de un proceso Bioquímico que tiene lugar a : Temperatura constante 25ºC ( 298ºK ) pH constante 7.0 Concentración inicial de los reaccionantes ( sustratos ) y productos de 1 M La variación de Energía Libre Standard representa la forma termodinámica en que se expresa la Constante de equilibrio (K´eq ) en condiciones de pH = 7 de una reacción Bioquímica DGº´ = - RT ln K´eq DGo´se expresa en Kcal mol-1 R es la Constante de los gases : 1,987 cal mol-1 ºK-1 Con frecuencia encontramos autores que expresan la DG0´ en kJ / mol 1 kcal / mol = 4,2 kJ/mol y R = 8,3 J mol-1ºK-1 Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

4. ¿ Que significado físico tiene la Variación de Energía Libre Estandar de una reacción Bioquímica ? El significado físico se desprende fácilmente del análisis de reacciones concretas : k1 A B k2 Recordemos que el equilibrio es el Estado en que las concentraciones tanto de Sustratos como de Productos permanecen constantes. Supongamos que la reacción tiene una K´e = 1 . Ello significaría que si ponemos 1M de A y 1M de B en el recipiente de la reacción y lo dejamos reaccionar, al cabo de un tempo necesario para alcanzar el equilibrio las concentraciones de A y B seguirían siendo de 1M. Es decir, [A]=[B] DGº´ = - RT ln K´eq DGº´ = - RT ln 1 Como ln1=0 DGº´ = 0 Kcal mol-1 Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

5. En definitiva, cuando decimos que la Variación de Energía libre estandar es 0, estamos refiriéndonos a una reacción que en el equilibrio la concentración de Sustratos y Productos es idéntica . Es decir, una reacción cuya K´e = 1 . A B K´e = 1 DGº´ = 0 ¿ Que relación existe entre K´e y Variación de Energía libre estandar cuando la K´e es mayor o menor de 1 ? A B K´e < 1 DGº´ > 0 A B K´e > 1 DGº´ < 0 Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

6. En la siguiente tabla podemos ver la relación que existe entre K´e y Variación de Energía libre estandar cuando la K´e es mayor o menor de 1 : La Variación de Energía libre estandar nos habla de la espontaneidad de la reacción. Si esta es espontánea y en que dirección se produce. Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

7. Debemos ser un poco críticos respecto a las condiciones estándar, por cuanto a veces son imposibles de conseguir. Veamos una reacción como la de hidrólisis del ATP : ATP + H2O ADP + Pi ¿ Que se requiere para disponer las condiciones estandar [Sustratos]=[Productos]= 1 M Sabiendo que MW del ATP = 509 / MW del ADP = 427 / MW del Pi = 98 Esto significa que debemos poner 1034 gr de Sustratos y Productos y llevar a 1 litro. Es evidente que no es posible. Las concentraciones de Sustratos y Productos deben ser iguales siempre, aunque no sean 1M. En esos casos se debiera indicar la concentración de sustratos y productos que se han dado como valor estándar. A + B C + D [C] = [D] = [G] = [H] Por otra parte, ¿ Cual es la concentración del H2O cuando es sustrato o producto? Por Convenio la concentración del H2O es para muchos procesos químicos su concentración real : 55.56 Cuando el H2O es simultaneamente disolvente y sustrato o producto de una reacción debemos considerar su concentración 1M Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

8. Un ejemplo : La reacción de isomerización catalizada por la fosfoglucomutasa : G 1 P G 6 P Si añadimos en un recipiente 0.020 M de G1P y esperamos un tiempo, medimos entonces las concentraciones de G1P y G6P G 1 P G 6 P 0.001 M 0.019 M Calcular la Variación de Energía libre estandar de esta reacción Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

9. Variación de Energía libre estandar de las reacciones de oxidación de algunos Metabolitos ( Calor de Combustión ) CO2 + H2O – 686 Kcal mol-1 Glucosa + O2 Lactato + O2 CO2 + H2O – 320 Kcal mol-1 Palmítico + O2 CO2 + H2O – 2338 Kcal mol-1 Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid