Contenido

 1. INTRODUCCIÓN: LA ENERGÍA Y LA BIOSFERA. Temas tratados por la Bioenergética. Sistemas de vivos fototróficos y quimiotróficos. Ciclo de la materia y flujo de energía en la biosfera.

 2. LOS PRINCIPIOS DE TERMODINÁMICA Y LOS MODELOS MICROSCÓPICOS. Primer principio de la Termodinámica. Segundo principio de la Termodinámica: entropía y la producción interna de entropía, la calidad de los diferentes tipos de energía, energía libre y trabajo útil máximo, potencial químico, aplicación en reacciones químicas. Termodinámica y modelos microscópicos. Mecánica estadística: la entropía y el modelo atómico-molecular. Mecánica cuántica: distribuciones moleculares, interpretación de la entropía. Aplicaciones para proteínas y DNA. 

3. LA ENERGÍA QUÍMICA DE LOS SISTEMAS VIVOS. La vida como un proceso químico: calor de combustión de los alimentos, calorimetría directa e indirecta, metabolismo basal. Trabajos celulares:  los sistemas vivos como transformadores de energía. Importancia energética de los triacilglicéridos y cuerpos cetónicos. Enlaces anhídrido forfórico:  ATP, energía libre de hidrólisis, las reacciones acopladas y el intermediario común, fosfocreatina, nucleósidos trifosfato diferentes del ATP, pirofosfato.  Estado estacionario: carga de energía, regulación independiente de las vías productoras y consumidoras de ATP. Tratamiento crítico del concepto de enlace "rico en energía". Algunos aspectos energéticos de la catálisis enzimática: la Termodinámica y el tiempo, cinética química, interpretación energética dela acción catalítica de los enzimas, las reacciones  termodinámicamente posibles y los enzimas.

4. PRODUCCIÓN DE ATP EN LAS FERMENTACIONES Y EN LA RESPIRACIÓN. Producción de ATP en las fermentaciones: fosforilación a nivel de sustrato. Producción de ATP en la respiración: fosforilación oxidativa, mitocondrias. La cadena de  transporte electrónico mitocondrial: los transportadores y su ordenación, localización de los transportadores en la membrana mitocondrial interna. Partículas submitocondriales: ATP sintasa. Problema del acoplamiento entre el transporte electrónico y la fosforilación oxidativa: hipótesis del acoplamiento químico, hipótesis de acoplamiento conformacional. Hipótesis del acoplamiento quimiosmótico: reacciones vectoriales, diferencia de potencial electroquímico, determinación experimental de la gradiente de pH y de la diferencia de potencial eléctrico, ionóforos, cuestiones estequiométricas, el ciclo Q, dinámica de los transportadores, estructura de la citocromo c oxidasa, evidencia a favor un gradiente de protones deslocalizado. El complejo ATPasa F1Fo: propiedades, estructura, mecanismo de síntesis de ATP. Consideraciones generales sobre la fosforilación oxidativa: rendimiento y reversibilidad.

5. PRODUCCIÓN DE ATP EN LA FOTOSÍNTESIS. Fase oscura y fase luminosa. Cloroplastos y cromatóforos. Absorción y transporte de la energía de la radiación solar: fotoreceptores, modelo de la antena, mecanismo de transporte de energía de la antena al centro fotoquímico. Estructura de antenas:  ficobilisomas, antenas de bacterias y plantas. El centro fotoquímico: reacciones de transferencia de carga, estructura y funcionamiento de los centros fotoquímicos. Cadena de transporte electrónico fotosintético en bacterias.  Cadena de transporte fotosintético en las plantas: el efecto cooperativo de Emerson y los dos fotosistemas, esquema Z, transporte electrónico cíclico. Fosforilación fotosintética. Sistemas fotosintéticos simples: la proteína de bacterirodopsina. Posibles aplicaciones tecnológicas del conocimiento actual sobre la fotosíntesis biológica.

6. TRABAJOS CELULARES. Ejemplos de trabajo de biosíntesis: aspectos energéticos de la gluconeogénesis en comparación con la glucólisis, relación entre los valores de ΔG y los puntos regulación de estas dos vías, ciclos fútiles, ciclo de Calvin en la fase oscura de la fotosíntesis, plantas C3 y C4, fotorespiración, uso de la fotosíntesis para la producción de energía y materiales. Trabajo de transporte: difusión facilitada, transporte activo y transporte pasivo, mecanismos bioquímicos de transporte a través de membranas. Trabajo mecánico: transformación de energía química en energía mecánica en la contracción muscular, motores moleculares, transformación directa de la energía de los gradientes de protones en energía mecánica en los flagelos bacterianos.  

7. RELACIÓN ENTRE LA TEORÍA DE LA INFORMACIÓN, LA TERMODINÁMICA Y LA BIOLOGÍA. Temas básicos de la teoría de la información. Contenido de información. Relación entre el contenido de nformación y entropía. Relaciones entre energía e información: el problema del demonio de Maxwell. Implicaciones biológicas. Los sistemas vivos y el segundo principio de la Termodinámica.

8. LA TERMODINÁMICA DE LOS PROCESOS IRREVERSIBLES Y LABIOLOGÍA. Necesidad de una Termodinámica de sistemas abiertos. Sistemas poco alejados del equilibrio: velocidad de producción interna de entropía, ecuaciones de Onsager, estado estacionario, principio de la mínima producción de entropía, aplicaciones a sistemas vivos. Sistemas muy alejados  del equilibrio: inestabilidad de Bénard, reacción Zhabotinski. Estructuras disipativas: posibles aplicaciones al estudio de los sistemas vivos.

9. CUESTIONES ENERGÉTICAS SOBRE  LA FORMACIÓN DE ESTRUCTURAS CELULARES. Formación de estructuras supramoleculares: diferencias entre el trabajo de biosíntesis y la formación de estructuras supramoleculares, renaturalizaciones y reasociaciones espontánea, procesos dirigidos por la entropía, efecto hidrofóbico, cooperatividad.  Consideraciones energéticas sobre el origen de la vida: fuentes de energía para la síntesis de los átomos y las moléculas fundamentales de la vida, la formación de macromoléculas, hiperciclos, sistemas abiertos. Evolución de las reacciones redox empleadas  por los sistemas vivos: evolución de las cadenas de transporte de electrones, aparición de los organismos fotosintéticos autotróficos, de los heterotróficos y de los eucariotas.

10. BIOENERGÉTICA Y ECOLOGÍA. Flujo de energía en los ecosistemas: la cadena trófica, la segundo principio de la Termodinámica y la pirámide energética de los ecosistemas maduros, necesidad de la existencia de un flujo de energía.