Princípios de Bioenergética

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BIOQUÍMICA DO EXERCÍCIO
PRINCÍPIOS DE BIOENERGÉTICA (Termodinâmica) E DA TRADUÇÃO DE ENERGIA
Energia, ATP e homeostase
TERMINOLOGIA E CONCEITOS:
Termodinâmica = energética → século XIX - motores a vapor (calor era forma de energia
em estudo - fazia sentido a utilização do termo) → Térmica, química, Mecânica e Elétrica
(bioenergética estuda o fluxo de energia útil nos organismos vivos), além da Radioativa e
Atômica.
Transdução de Energia = conversão entre formas de energia (ex. hidrelétricas -
transdução da energia potencial mecânica em energia cinética, gerando energia elétrica).
ENERGIA PARA OS SERES VIVOS
Energia é genericamente a capacidade de realizar trabalho (movimento, tudo que pode
gerar movimento/fluxo de matéria ou elétrons)
Definições de trabalho:
força x distância (mecânica Newtoniana)
Manutenção de um estado físico e químico organizado (biologia) - requer energia
para os trabalhos celulares.
O sol é a fonte primordial de
energia para a biosfera - porém a
maioria dos seres vivos, animais
principalmente, utilizam dos produtos
orgânicos das plantas, utilizam essa
energia de modo secundário
(indiretamente) → a energia solar
captada pelos autótrofos flui para os
heterotróficos por meio de moléculas
orgânicas.
Nos seres heterotróficos só absorvem
energia através da degradação dos
compostos, ou seja, a energia é
liberada em reações químicas que degradam moléculas orgânicas maiores e mais
complexas em outras menores e mais simples. Por exemplo, os carboidratos, lipídios e
proteínas em CO2, H2O, SO4 e NH4+.
A coletividade das reações bioquímicas que degradam moléculas maiores em outras mais
simples é chamada de “catabolismo” / metabolismo energético (metabolismo é o conjunto
de reações bioquímicas que existem em um organismo - degradação e biossíntese - e é
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dividido em catabolismo e anabolismo). Parte da energia liberada no catabolismo sustenta
o anabolismo do ser heterotrófico.
Anabolismo - coletividade da reações bioquímicas envolvidas na biossíntese de
moléculas orgânicas mais complexas a partir de moléculas mais simples.
Fluxo de matéria e energia entre o catabolismo e anabolismo:
*convergente é quando vários substratos ao degradar geram o mesmo produto comum.
Os compostos que obtemos através da ingestão de alimentos (listados em vermelho)
podem ser transformados em acetato, quando degradados → sendo que suas
complexidades são reduzidas (todos possuem mais de 2 carbonos, diferente do acetato
que possui apenas 2).
O lado direito é a representação do anabolismo (que demanda de energia) divergente, que
é quando o mesmo substrato pode dar origem a diferentes produtos finais, possivelmente
aumentando sua complexidade.
Portanto, a ingestão do alimento passa pelo digestão, absorção, catabolismo → carbonos
são transformados em acetil-CoA → anabolismo = rota metabólica. Algumas moléculas
produzidas pelo organismos pelos anabolismos podem retornar na rota metabólica, como o
triacilglicerol, que pode ser transformado em acetil-CoA e sofrer anabolismo novamente.
Do ponto de vista energética, a vida do ser heterotrófico requer:
● aquisição de moléculas orgânicas energéticas (obrigatoriamente);
● estocagem de moléculas energéticas (visto que a aquisição de moléculas não é
contínua);
● degradação das moléculas energéticas para a liberação de energia;
● conversão de energia entre diferentes formas úteis (transdução) e utilização de energia
para produção de trabalho biológico.
→ ESTA É A ENERGÉTICA DA VIDA DOS ANIMAIS
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FUNDAMENTOS BÁSICOS DA BIOENERGÉTICA
As quatro leis (princípios) da termodinâmica / energética
LEI ZERO (1ª lei) - quando dois corpos estão em contato a temperatura de ambos será a
mesma, diz sobre o equilíbrio de temperatura após certo tempo. Esse princípio não se
aplica quando utilizamos nosso tato para ter impressão sobre temperatura, apenas
termômetros.
TERCEIRA LEI (4ª lei) - é sobre o corpo no zero absoluto de temperatura (zero Kelvin) não
conter energia, nesse zero absoluto os átomos que compõem a matéria estaria sem
agitação nenhuma (desconsiderando a física quântica - teoria que possui objetivo de
explicar a matéria com a quantidade de átomos escassos - pouquíssimos).
“Leis da termodinâmica” relevantes à biologia
PRIMEIRO: “Para qualquer transformação físico-química, a quantidade total de energia no
universo se mantém constante; a energia pode mudar de forma (se transformar em úteis e
inúteis) ou pode ser transportada para outra região, mas não pode criar ou destruir”.
SEGUNDO: “Pode ser definido de várias formas, tais como: a energia útil (que pode
realizar trabalho) de um sistema tende a adquirir uma forma não útil (entropia). Ex: ‘em
todo processo natural, a entropia do universo sempre aumenta’→ existe portanto a
previsão de que o mundo acabe pelo fim da energia útil restando apenas energia não útil
(sol é a principal fonte de energia, ainda há muita energia emissível por ele).
A entropia no organismo vivo (animais) é o calor → não produz nenhum trabalho
biológico (mas não significa que o calor não é útil para o nosso organismo, é essencial
para se manter a temperatura corporal, por ex.).
→ “No universo, a energia transformada é totalmente conservada (primeiro
princípio), porém uma parcela do total será convertida em forma de energia não útil ao
sistema. Energia não útil é aquela que não realiza trabalho.”
Expressão matemática das duas leis
fundamentais da termodinâmica:
ΔH = ΔG + TΔS
Δ → sempre representa ‘variação’.
Calor não realiza trabalho no
organismo animal, mas é importante
calor = energia não realiza trabalho e nem pode ser convertida em outra forma de energia
nos animais, é energia não útil.
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A liberação de calor nas transformações energéticas é essencial para a vida. Temperatura
constante nos animais homeotérmicos. "Efeito Q10” = velocidade das reações bioquímicas
dobre com o aumento da temperatura em 10ºC
Energia útil-livre é aquela que realiza
trabalho:
→ quase sempre ao falar sobre
bioenergética o interesse é na energia útil
(ΔG), motivo da reorganização da equação
= energia útil em função da energia total
menos energia não útil
No nosso organismo temos reações exergônicas (liberar energia útil → que ganham sinal
negativo = libera); E temos também reações não favoráveis, sendo que para ocorrerem
alguém deve doar energia útil para acontecer, ganhando sinal positivo (adicionar energia).
Entretanto, por meio da evolução, a natureza fez sistemas de acoplamento metabólicos,
isto é, para uma desfavorável ocorrer uma outra favorável é acoplada à ela → sempre que
uma reação endergônica acontece é necessário que exista outra reações doando energia
útil para que ela aconteça.
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