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BIOLOGÍA
indisponibilidad de la energía para efectuar trabajo útil
(una consecuencia del desorden). Otra alternativa es
considerar la segunda ley en términos de energía potencial: en cualquier reacción espontánea, es decir, una en
la que no se necesita energía externa, la energía potencial tiende a disminuir. Estos enunciados se pueden
resumir en la conclusión, un tanto pesimista, de que el
universo se está degradando y de que toda la energía
acabará por distribuirse de modo uniforme en un
ambiente en el cual no será posible un solo intercambio
más de energía, porque la entropia alcanzará su máximo
nivel.
La tercera ley afirma que sólo un cristal perfecto,
equivalente a un sistema de máximo orden, a -273°C
(cero absoluto da temperatura) carece de entropia. Como
esta condición ideal jamás ocurre, todos los sistemas naturales se caracterizan por cierto grado de desorden.
Toda reacción cuyo resultado sea la emisión de
energía libre, forma de energía asociada con la realización de trabajo útil, se clasifica como exergónica. Las
reacciones de este tipo tienden a ocurrir espontáneamente. Por lo común, en los seres vivos las reacciones exergónicas se relacionan con la degradación de moléculas
complejas, cuyos enlaces representan un almacén de formas de energía ordenadas, para producir moléculas más
sencillas cuyos enlaces pertenecen a órdenes de energía
mucho menores. Una analogía que ejemplifica la índole
de tales reacciones es una piedra que rueda cuesta abajo desde la cumbre de un cerro. La energía necesaria
para colocar la piedra en la cima existe como energía potencial (almacenada) en virtud de la posición elevada de
dicha piedra. Ésta puede rodar cuesta abajo sin necesidad de energía externa y, al hacerlo , libera su energía
almacenada, la cual se convierte en energía mecánica
conforme la piedra avanza hacia abajo. La energía del
movimiento se llama energía cinética, palabra derivada
de una raíz griega que significa "movimiento". Aunque la
piedra tiende a rodar cuesta abajo, quizá necesite un empujón para iniciar su movimiento. Ese empujón representa la energía de activación necesaria para que
comiencen las reacciones, incluso las espontáneas. No
toda la energía almacenada se libera en forma de energía
mecánica, pues parte de la energía se desprende en forma de calor durante el movimiento de la piedra, que sufre
fricción contra la superficie del cerro.
Las reacciones en las que ocurre un cambio desde
un estado de baja energía hasta uno de alta energía se
llaman endergónicas. En este caso debe entrar energía
libre al sistema desde afuera, algo así como si tuviéramos que ha cer rodar una piedra cuesta arriba, maniobra
en la cual se gastaría energía. En los sistemas biológicos,
las reacciones endergónicas sólo son posibles cuando
están acopladas a reacciones exergónicas que aportan la
energía necesaria. Varias reacciones exergónicas que
ocurren dentro de los sistemas vivos producen la energía
libre que se almacena en los enlaces de alta energía de
moléculas como el adenosintrifosfato (ATP o trifosfato de
adenosina). Este ATP se degrada para brindar la energía
necesaria a las diversas reacciones endergónicas en
las que se basan las actividades de síntesis de los
organismos.
2.5
EL CASO ESPECIAL DEL AGUA
El agua es la molécula inorgánica más importante para
todas las formas de vida. Favorece la complejidad debido
a su tendencia a disolver una amplia variedad de moléculas inorgánicas y orgánicas. Gracias a sus cualidades polares, favorece la disociación de muchas moléculas
formadoras de iones, los cuales participan en la regulación de propiedades biológicas como la contracción muscular, la permeabilidad y la transmisión de impulsos
nerviosos.
El agua es indispensable para la prevención de
cambios bruscos de temperatura que podrían destruir la
estructura de muchas macromoléculas dentro de la célula. El agua tiene uno de los calores específicos más altos entre las sustancias naturales; es decir, puede
absorber grandes cantidades de calor sufriendo cambios
relativamente pequeños en su temperatura. Por otra parte, cuenta con un elevado calor latente de fusión, lo
cual significa que al pasar del estado líquido al sólido
(hielo) emite cantidades relativamente grandes de calor.
Por el contrario, el hielo absorbe grandes cantidades de
calor al fundirse. Esta cualidad se traduce en resistencia
a los cambios de temperatura en torno al punto de congelación. El elevado calor latente de evaporación del
agua (calor absorbido durante la evaporación) nos sirve
para que la superficie del cuerpo se deshaga de grandes
cantidades de calor durante la transformación del agua líquida (sudor) en vapor.
EJEMPLO 6 Cada gramo (g) de agua absorbe 540 calorías (cal) al evaporarse.2 Calcule la cantidad de calor que se
pierde a través de 5 cm de superficie corporal por cada 10 g
de agua que se evaporan en ella.
Puesto que 1 g de agua absorbe 540 cal al evaporarse, 10 g de agua absorben 5400 cal en el área de 5 cm2, lo
2
que equivale a 1080 cal/cm . Este mecanismo de eliminación de calor deja de funcionar cuando el aire se satura de
agua, lo cual imposibilita la evaporación; esto explica la incomodidad que se siente en los días calurosos y húmedos.
Las características antes mencionadas, junto con la
elevada tensión superficial y la rara propiedad del agua
de expandirse cuando se congela, se deben en buena
medida a la tendencia de sus moléculas a mantenerse
unidas gracias a la constante formación de puentes de hidrógeno entre ellas.