Bioenergética e Termodinâmica Celular

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1 Heloíse Andrade de Araújo @heloiseandrade Bioquímica I 1° Período 
 
É o estudo das transduções de energia que ocorrem em 
células vivas, ou seja, é a mudança de uma forma de energia 
para outra; 
➜ As transformações de energia obedecem às leis da 
termodinâmica: 
➜ Quantidade de energia permanece constante; 
➜ Energia pode mudar de forma ou transportada, porém 
não pode ser criada ou destruída; 
➜ O universo tende ao aumento da desordem; 
➜ Os organismos são formados por um conjunto de 
moléculas que possuem um alto grau de organização, maior 
inclusive do que os componentes do meio ambiente, 
fazendo com que aparentemente sejam imunes à segunda 
lei da termodinâmica; 
➜ Constituído por um conjunto de componentes que estão 
sendo submetidos a um determinado processo físico ou 
químico; 
➜ O sistema reagente em conjunto com o meio ambiente 
constituem o universo; 
➜ Ex.: Organismo, célula, ou dois compostos reagentes; 
➜ Processos físicos ou químicos no qual não ocorre troca de 
material ou de energia com o meio; 
➜ Processos físicos ou químicos no qual ocorre troca de 
material ou de energia com o meio; 
➜ Ex.: Células vivas e organismos; 
➜ Descrevem as trocas de energia que ocorrem em 
reações químicas; 
➜ Expressa a quantidade de energia capaz de realizar 
trabalho durante uma reação com temperatura e pressão 
constantes; 
➜ Quando a reação ocorre com a liberação de energia, a 
variação de energia (G) possui valor negativo, sendo 
chamada de reação exergônica; 
➜ Quando a reação ganha energia livre, a variação de energia 
(G) possui valor positivo, sendo chamada de reação 
endergônica; 
➜ É o conteúdo de calor do sistema reagente; 
➜ Reflete o número e o tipo de ligações químicas nos 
reagentes e produtos; 
➜ Quando uma reação libera calor, ela é chamada de 
Exotérmica. O conteúdo de calor dos produtos é menor do 
que o dos reagentes, tornando a variação da entalpia, H, 
um valor negativo; 
➜ Quando uma reação absorve calor do meio, ela é chamada 
de Endotérmica, tornando o valor de H positivo; 
➜ Desordem de um sistema; 
➜ Quando os produtos de uma reação são menos complexos 
e mais desordenados do que os reagentes, ocorre ganho 
de entropia; 
➜ As unidades de ΔG e ΔH são Joules/mol ou Calorias/mol 
(lembre-se de que 1 cal 5 4,184 J); 
➜ As unidades de S são Joules/mol•Kelvin (J/mol•K); 
➜ As variações de energia livre, entalpia e entropia são 
relacionadas pela equação: 
G = H - TS 
Em que: 
➜ G= Variação de energia livre 
➜ H=Variação da entalpia do sistema 
➜ S=Variação da entropia do sistema 
➜ T= Temperatura absoluta 
➜ S possui sinal positivo quando a entropia aumenta. 
➜ H possui sinal negativo quando o sistema perde calor 
para o meio. 
➜ As duas são típicas de processos energeticamente 
favoráveis, tornando o G negativo; 
➜ G dos sistemas espontâneos é sempre negativo; 
➜ Resumindo: Os organismos preservam sua organização 
interna, pois captam energia livre do meio na forma de 
nutrientes ou de luz solar e devolvem a ele energia na 
forma de calor e de entropia; 
 bioenergética 
 2 Heloíse Andrade de Araújo @heloiseandrade Bioquímica I 1° Período 
 
➜ As células são sistemas isotérmicos- funcionam 
essencialmente em temperaturas constantes (e também 
em pressões constantes); 
➜ A energia que as células utilizam é a energia livre, descrita 
como uma função de energia livre de Gibbs, G; 
➜ As células heterotróficas adquirem energia livre a partir 
das moléculas de nutrientes, enquanto as células 
fotossintetizantes adquirem energia livre da radiação solar 
absorvida; 
➜ Os dois tipos de células transformam essa energia livre 
em ATP e em outros compostos ricos em energia, 
capazes de fornecer energia para a realização de 
trabalho biológico em temperatura constante; 
➜ A constante de um reagente tende variar até atingir o 
equilíbrio; 
➜ Nas concentrações de equilíbrio, as velocidades das 
reações direta e inversamente são as mesmas e não há 
nenhum tipo de variação no sistema; 
𝐴𝑎 + 𝐵𝑏  𝐶𝑐 + 𝐷𝑑 
Em que: 
➜ a, b, c e d representam o número de moléculas de A, B, 
C e D participantes, formando a constante de equilíbrio: 
[𝐶]𝑐
[𝐴]𝑎
[𝐷]𝑑
[𝐵]𝑏
 
Em que: 
➜ [𝐴], [𝐵], [𝐶] e [𝐷] são concentrações molares dos 
componentes da reação no ponto de equilíbrio; 
➜ Quando o sistema não está em equilíbrio, a tendência é que 
ele vá buscar o equilíbrio e pode ser expressa como a 
variação de energia livre para a reação, G; 
➜  𝐺0 = variação de energia livre padrão, onde a 
temperatura (298K=25°C), a concentração (1 m), a 
pressão (1 atm) são fixas. Além disso, segundo essa 
definição, o estado-padrão para as reações que envolvem 
íons hidrogênio é [𝐻+]=1 m, ou pH 0; 
➜ A maioria das reações ocorre em soluções aquosas, onde 
o valor do pH está próximo a 7; 
➜ Tanto o pH quanto a concentração da água precisam ser 
constantes. 
-Constantes-padrão transformadas São baseadas no 
padrão químico citado acima 
-Variações de energia livre padrão e constantes 
de equilíbrio padrão: novas constantes 
transformadoras 
➜ Forma matemática alternativa para expressar a sua 
constante de equilíbrio. 
G’°= -RT Ln 𝐾′𝑒𝑞 
Onde: 
➜ Se a constante de equilíbrio para uma determinada reação 
for igual a 1,0, a variação de energia livre padrão dessa 
reação é igual à zero. 
➜ Quando a 𝐾′𝑒𝑞 de uma reação for >1,0, G’° é negativo. 
➜ Quando a 𝐾′𝑒𝑞 de uma reação for <1,0, G’° é positivo. 
➜ Como a relação entre G’° e 𝐾′𝑒𝑞 é exponencial, 
variações relativamente pequenas em G’° 
correspondem a grandes variações em 𝐾′𝑒𝑞 . 
➜ As células vivas realizam trabalho constantemente. Além 
disso, necessitam de energia para manterem as suas 
estruturas altamente organizadas, sintetizarem 
componentes celulares, transportarem moléculas 
pequenas e íons através de membranas e gerarem 
correntes elétricas. 
➜ A bioenergética é o estudo quantitativo das relações de 
energia e conversões energéticas em sistemas biológicos. 
As transformações biológicas de energia obedecem às leis 
da termodinâmica. 
➜ Todas as reações químicas são influenciadas por duas 
forças: a tendência de atingirem o estado de ligação mais 
estável (e para isso a entalpia, H) e a tendência de atingem 
o maior grau possível de desordem (aleatoriedade), 
expressa como entropia, S. A força líquida que impulsiona 
uma reação é ΔG, a variação de energia livre que 
representa o efeito líquido desses dois fatores: 
ΔG =ΔH-TΔS. 
➜ A variação de energia livre transformada, ΔG’°, é uma 
constante física que é característica de determinada 
reação e pode ser calculada a partir da constante de 
equilíbrio da reação: ΔG′°=-RT ln K′eq 
 3 Heloíse Andrade de Araújo @heloiseandrade Bioquímica I 1° Período 
 ➜ A variação de energia livre real, ΔG, é uma variável que 
depende de ΔG’° e das concentrações dos reagentes e 
dos produtos: ΔG=ΔG’°+RT ln 
➜ Quando ΔG for grande e negativa, a reação tende a seguir 
na direção direta; quando ΔG for grande e positiva, a 
reação tende a seguir no sentido inverso; e quando ΔG=0, 
o sistema está no equilíbrio. 
➜ A variação de energia livre de uma reação não depende 
da via pela qual a reação ocorre. As variações de energia 
livre são aditivas; a reação química final resultante de 
sucessivas reações que compartilham intermediários 
comuns possui uma variação de energia livre global que é 
a soma dos valores de ΔG das reações individuais.