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Aula teórica de Bioquímica
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Bioenergtica
Processos metablicos e
transferncia de energia
Profa Dra Luciana Lopes Silva Pereira
Bioqumica DQI/UFLA
Bioenergtica
METABOLISMO
Retirada
da Energia
dos alimentos?
Conservao
da energia
pela clula?
Mobilizao
da Energia
para trabalho?
Bioenergtica
Carboidratos
Lipdeos
CO2 + H2O + E
Parte dissipada 45% Armazenada
Calor ATP e outras
PRINCIPAIS FONTES DE ENERGIA (E) PARA A CLULA
Bioenergtica
Trabalho
osmtico
Trabalho
qumico
Trabalho
metablico
Trabalho
eltrico
Trabalho
mecnico
ATP
Termodinmica
Estudo das trocas e transformaes de energia que acompanham os
fenmenos qumicos e fsicos
Termodinmica e a cincia que estuda as transformaes de energia nas
quais as variaes de temperatura so importantes.
A maioria das transformaes qumicas resulta em alteraes nas
temperaturas
Primeira Lei da Termodinmica
O Princpio da Conservao de
Energia tem grande analogia com
o Princpio da Conservao de Matria
(Lei de Lavoisier).
A transformao de matria em
energia e vice-versa E= mc2.
Conclui-se:
num sistema isolado,
a quantidade total
de matria e
energia constante
Bioenergtica
Cabea da
MIOSINA
Filamento de ACTINA
A quebra do ATP em ADP + Pi
fornece energia para a contrao
muscular
Primeira Lei da Termodinmica Bomba calorimtrica v constante: no h w de expanso Qv: calor a volume constante Qv : medida da energia total liberada na reao qumica
Qp= Qv -w
p = presso constante
Sistema Fechado
-Qv= E v =volume constante
p constante: h w de expanso Qp: calor a volume constante Qp: quantidade de calor liberado na reao em aberto
Sempre que um sistema sofre uma transformao fsica e/ou
qumica: CONTABILIDADE ou BALANO ENERGTICO a energia total ganha sempre igual energia total perdida
Sistema Aberto
Bioenergtica
G = H - TS G = Variao de energia livre do sistema
H = Variao de energia calorfica do sistema - Entalpia (H)
S = Variao de entropia (S)
T = Temperatura absoluta (K)
ENERGIA
Energia
calorfica
Energia
Livre
(ATP)
Energia
universo
Primeira Lei da Termodinmica Entalpia (H) A entalpia ou contedo de calor da gua, no estado de vapor o mais
alto, no estado lquido mdio, no estado slido o mais baixo
Slido
calo
r
Lquido
calo
r
Gs
Au
men
to d
a e
nta
lpia
Primeira Lei da Termodinmica Entalpia (H)
Tendncia de buscar um estado de menor energia
Caminho da reao
Os botes de Napoleo e as 17 molculas que
mudaram a histria
estanho branco (metlico) estvel acima dos 13,2 C estanho cinzento (no metlico) estvel abaixo dos 13,2 C.
Primeira Lei da Termodinmica Concluses
1 Princpio da Termodinmica:
Estabelece que as transformaes nas quais a energia
conservada podem realizar-se
1 Princpio da Termodinmica: No violado
Concluses
Para fazer previses exatas quanto possveis transformaes
necessita-se mais do que apenas o 1 Princpio
Leia da
Termodinmica
Termodinmica
1 Lei
2 Lei
Concluses
3 Lei
Uma transformao espontnea (isto , processa-se sem ajuda de energia
externa), quando h de entropia
impossvel converter totalmente energia trmica em trabalho til
2 Lei da Termodinmica
Segunda Lei da Termodinmica
Em processos
espontneos
a ordem tende
a transformar-se
em desordem
Nem todas transformaes
Ou mudanas de estado
espontneas
so acompanhadas
de perda de energia
Transformaes Endotrmicas
Algumas mudanas espontneas absorvem
calor. Ex: fuso do gelo acima de 0C calor absorvido ao mesmo tempo que o sistema vai a
um estado de maior energia
A tendncia desordem to
importante quanto tendncia de
buscar um estado de menor energia.
Segunda Lei da Termodinmica
Nem sempre uma tendncia supera a outra e assim nenhum dos
dois critrios podem ser considerados absolutos
para transformaes ESPONTNEAS
A tendncia desordem to
importante quanto tendncia de
buscar um estado de menor energia.
ESPONTANEIDADE: depende da total da entropia ( S) do sistema e da vizinhana
Segunda Lei da Termodinmica
Um processo que espontneo em um sentido no
espontneo no sentido contrrio.O sentido de um processo
espontneo pode depender da temperatura
gelo se transformando em gua espontneo a T > 0C, gua se transformado em gelo espontneo a T < 0C.
Espontaneidade
Energia de Gibbs ou Funo de Gibbs
Critrio rigoroso para transformao espontnea
G = H - TS G = Energia livre:
Energia capaz de
realizar trabalho (T e
P constante).
Se libera energia livre
G = (-) exergnico
Se ganha energia
livre
G = (+) endergnico
H = Entalpia:
Contedo de calor
de um sistema de
reao; reflete o
nmero e o tipo de
ligaes nos
reagentes e
produtos
H reg > H prod:
H =(-) exotrmico
H reg H prod:
H =(+) endotrmico
S = Entropia:
Expresso
quantitativa para
desordem e caos:
Se os produtos so
menos complexos e
mais desordenados:
ganho de entropia
S = (+)
Bioenergtica
Pi
Primeira lei da
termodinmica:
Em qualquer transformao
fsica ou qumica, a quantidade
total de energia permanece
constante, embora possa
mudar a forma de energia.
Segunda lei da
termodinmica:
Todas as transformaes
qumicas tendem a ocorrer em
uma direo tal que a energia
til sofre degradao
irreversvel para uma forma
desordenada chamada
ENTROPIA (energia intil).
Bioenergtica
G0 < 0
(reao espontnea)
Energia do Produto > 1
G0 > 0
(reao no acontece espontaneamente)
Energia do Produto >> Energia do
Substrato
Quando Keq
Bioenergtica
REAES DE OXI-REDUO e ENERGIA LIVRE Oxidao: perda de e-
Reduo: ganho de e- Reaes de xido-Reduo
Par redox (Aox/Ared): quando um composto se oxida outro se reduz.
Potencial de xido-reduo padro (E0): tendncia de um par redox ganhar ou perder e-;
Reaes se processam do menor para o maior E0.
Eo = Eo oxidante - Eo redutor
G0 = - n. F. E0
F = constante de Faraday = 69,5 kJ/V.mol; n = n eltrons transferidos
Bioenergtica
TRABALHO MECNICO:(exemplos de G positivo e G negativo)
exergnicaendergnica
Bioenergtica
Reaes com G positivo ou negativo
Glicose + Pi Glicose
6-fosfato
ATP ADP + Pi Glicose + ATP
Glicose 6-fosfato + ADP
Ene
rgia
Liv
re,
Reaes ACOPLADAS permitem fazer
acontecer reaes antes no espontneas
Bioenergtica
Compostos RICOS em Energia Utilizados em reaes ACOPLADAS; Possuem G0 da reao de hidrlise negativo e com valor > 25 KJ/mol;
Apresentam alta capacidade de transferir grupos fosfato.
Compostos Ricos em Energia G0 (KJ/mol)
Fosfoenolpiruvato (PEP) - 62
1,3 Bifosfoglicerato - 49
Fosfocreatina (PC) - 43
ATP - 31
Bioenergtica
Tenso de ligao no
reagente causada por
repulso eletrosttica
Estabilizao dos produtos
por ionizao
Estabilizao dos produtos
por isomerizao
Estabilizao dos produtos
por ressonncia
COMPOSTOS RICOS EM
ENERGIA
Compostos pirofosfatados;
Fosfatos de acila;
Fosfatos enlicos;
Tiosteres;
Fosfatos de guanidina;
Bioenergtica
G' = - 7300 Cal/Mol
H2O+-HO P
OH
O P
OH
O P
OH
O CH2O
OH OH
H
Adenosina trifosfato (ATP)
NN
CH
N
NH2
OOO
COMPOSTOS PIROFOSFATADOS
G' = + 7300 Cal/Mol
ATP + H2O ADP + P
Bioenergtica
Bioenergtica
FOSFATOS DE ACILA
G' = - 11800 Cal/Mol
cido 3-fosfoglicricocido 1,3-difosfoglicrico
O
P
OH
OHHO+
O
C
CH OH
OH
CH2OP
H2O+
O
C
CH OH
O P
CH2OP
OH
O
OH
Bioenergtica
FOSFATOS ENLICOS
= -14800Cal/Mol
cido pirvicocido fosfoenolpirvico
COOH
C
CH2
OP
O
OH
OH+H2O C
COOH
CH3
O+HOP
O
OH
OH
G
Bioenergtica
TIOSTERES
H2O+
O
CH3CSCoA CH3COH
O
+Coenzima A
Go = -7500 cal/Mol
NN
CH
N
NH2
CH2O
OOH
HH
P
OH
HO O
OOO
CH2CH2NHCCHOHCCH2O
CH3
CH3
P
OH
OP
OH
O
O
HS CH2CH2NHC
cido pantotnico
Pantetena
HH
Estrutura da coenzima A
Bioenergtica
FOSFATOS DE GUANIDINA
H
G' = -10300 Cal/Mol
Creatina
+HOPOH
OH
O
H2NCNCH2
NH
CH3
H2O+
Fosfocreatina
HOPNCNCH2
O
ONH
CH3H
COOH COOH
Bioenergtica
EXEMPLO DE REAO ACOPLADA
Bioenergtica COENZIMA - MOLCULA ORGNICA NO PROTICA
ATUAM COMO METABLITOS TRANSPORTADORESMAPA METABLICO
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