Este trabajo se hace con el fin de realizar una revisión de tema sobre el papel que juega la termodinámica en nuestro cuerpo, profundizando en bioquímica, donde está rama de la física con frecuencia se ocupa de describir las condiciones bajo las que se producen los procesos en forma espontánea (por sí solos).

Los seres vivos requieren un movimiento continuo de energía, por ejemplo, por medio de la fotosíntesis, las plantas convierten la energía radiante del sol, la fuente primaria de vida en la tierra a energía química de hidratos de carbono y otras sustancias orgánicas. Luego las plantas o los animales que las ingieren, metabolizan estas sustancias para impulsar funciones como síntesis de biomoléculas, mantenimiento de los gradientes de concentración y movimiento de los músculos. Por último estos procesos transforman la energía a calor, que se disipa al ambiente. Por consiguiente, una parte considerable del aparato bioquímico celular debe consagrarse a la adquisición y la utilización de la energía.

La termodinámica es una descripción maravillosamente elegante de la relación entre la diversas formas de energía y el modo en que ésta afecta la materia en el nivel macroscópico en oposición al nivel molecular; esto es, para definirse bien se refiere a cantidades de materia bastante grandes para sus propiedades promedio, como temperatura y presión. De hecho, los principios básicos de latermodinámica se desarrollan en el siglo XlX antes de que aceptara en forma general la teoría atómica de la materia.

Con el conocimiento de la termodinámica podemos determinar si es posible un proceso físico. En consecuencia, ésta es esencial para comprender porque las macromoléculas se pliegan a sus estructuras nativas, como se diseñan las vías metabólicas, por qué las moléculas atraviesan las membranas biológicas, cómo generan fuerza mecánica los músculos y así sucesivamente.


PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA: LA ENERGÍA SE CONSERVA.

En termodinámica un sistema se define como esa parte del universo que es de interés, como un vaso de reacción o un organismo; el resto del universo se conoce como entorno. Se indica que un sistema es abierto, cerrado o aislado según su capacidad de intercambiar materia y energía con su entorno, sólo energía o ni materia ni energía. Los organismos vivientes que captan nutrientes, liberan productos de desecho y generan trabajo y calor, son ejemplos de sistemas abiertos; si un organismo se sellara dentro de una caja no aislada constituirían junto con la caja, un sistema cerrado, mientras que si la caja se aislara por completo, el sistema estaría aislado.
A. Energía
La primera ley de la termodinámica es una afirmación matemática de la ley de la conservación de la energía: La energía no puede crearse ni destruirse:aˆ†u= , donde U es la energía, q representa el calor absorbido a partir del entorno, W es el trabajo realizado por el sistema en el entorno. El calor es un reflejo del movimiento molecular al azar, mientras que el trabajo, definido como la fuerza necesaria para mover una distancia bajo su influencia, se asocia con el movimiento organizado. La fuerza puede asumir muchas formas diferentes, en las que se incluye la fuerza gravitatoria ejercida por una masa sobre otra, la fuerza de expansión que ejerce un gas, la fuerza de tensión de un resorte o una fibra muscular. Los procesos en los que el sistema libera calor, que por convención se les asigna q negativo, se conocen como exotérmicos, aquellos en los que el sistema gana calor (q positiva) se conocen como procesos endotérmicos.

B. Entalpia
La Entalpia está definida por: H = U + PV, donde V es el volumen del sistema y P es su presión. La entalpia es una cantidad en particular conveniente para definir los sistemas biológicos debido a que bajo presión constante, una condición típica de la mayoría de los procesos bioquímicos, la entalpia cambia entre los estados inicial y final de un proceso; aˆ†H es el calor medido con facilidad que se genera o se absorbe.
La primera ley de la termodinámica por sí solano puede indicar si un proceso en particular se genera espontáneamente, se entiende mejor con el siguiente ejemplo: si se ponen en contacto dos objetos a diferentes temperaturas, se sabe que el calor fluye de forma espontánea del objeto más caliente al más frio, nunca en sentido contrario. Cualquiera de los procesos corresponde a la primera ley de la termodinámica, dado que la energía agregada de los objetos es independiente de su temperatura.
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA: EL UNIVERSO TIENDE HACIA EL DESORDEN MÁXIMO.

La segunda ley de la termodinámica, proporciona un criterio para determinar si un proceso es espontaneo. La termodinámica no dice nada sobre la velocidad de un proceso; está corresponde a la esfera de la cinética química. Así un proceso espontáneo podría proceder sólo a una velocidad infinitesimal.
A. Espontaneidad y Desorden
La segunda ley de la termodinámica establece, de acuerdo con toda la experiencia, que los procesos espontáneos se producen en direcciones que aumentan el desorden global del universo, esto es, del sistema y sus entornos.
B. Entropía
La entropía es una función de estado debido a que depende sólo de los parámetros que describen un estado.
Las leyes de probabilidad al azar causan que cualquier sistema de tamaño razonable adopte de manera espontánea su disposición más probable, o sea, en la que la entropía es máxima, simplemente porque este estado es en extremo muy probable. El proceso deexpansión espontáneo previo determina el aumento de la entropía del sistema. En general, para cualquier proceso con energía constante (aˆ†U= 0), un proceso espontáneo se caracteriza por aˆ†s ˃ 0. Dado que la energía del universo es constante (la energía puede adquirir diferentes formas pero no crearse ni destruirse), cualquier proceso debe aumentar la entropía del universo: aˆ es la expresión habitual para la segunda ley de la termodinámica. Es una afirmación de la tendencia general de todos los procesos espontáneos para desordenar el universo; esto es, la entropía del universo tiende hacia un máximo. Para explicar, por ejemplo, porque la sangre transporta entre los pulmones y los tejidos. Los solutos en solución se comportan de manera análoga a los gases en que tienden a mantener una concentración uniforme a lo largo de su volumen ocupado, porque ésta es su disposición más probable. En los pulmones donde la concentración de es superior a la de la sangre venosa que pasa a través de ellos, entra más en la sangre que el que sale.
La segunda ley de la termodinámica también es aplicada sí tomamos como sistema una molécula de proteína en solución acuosa, sus diferentes estados difieren en la conformación de los residuos de aminoácidos de la proteína y en las distribuciones y las orientaciones de sus moléculas de agua asociadas; ésta ley es aplicada en dicho ejemplo porque una molécula de proteína en solución acuosa asume en gran parte suconformación nativa en respuesta a la tendencia a la estructura del agua circundante a estar desordenada al máximo.
ENERGÍA LIBRE: EL INDICADOR DE ESPONTANEIDAD
ENERGÍA LIBRE DE GIBBS: G= H –TS
Es el indicador de espontaneidad requerido para los procesos con temperatura y presión constantes. Se indica que para los procesos espontáneos, o sea, con aˆ†G negativos, son exergónicos, pueden utilizarse para realizar trabajo. Los procesos que no son espontáneos, con valores de aˆ†G positivos, son endergónicos; deben ser dirigidos por el ingreso de energía libre. Los procesos en equilibrio, en los que las reacciones directa e inversa tienen un equilibrio exacto, se caracterizan por aˆ†G= 0. El valor de aˆ†G varía de modo directo con la temperatura. Esto, se debe, por ejemplo, a que la estructura nativa de una proteína, cuya formación a partir de su forma desnaturalizada tiene aˆ†H, predomina por debajo de la temperatura a la que aˆ†H = Taˆ†S (temperatura de desnaturalización), mientras que la proteína desnaturalizada predomina por encima de esta temperatura.