Bioenergética - Pliê

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Bioenergética: é o estudo quantitativo das transduções de energia que ocorrem nas células vivas. 
 
Nomenclatura da termodinâmica: 
Sistemas: onde ocorrem as reações. 
-aberto/diatérmico: permite troca de energia (geralmente na forma de calor) com o universo. 
(todas as células são sistemas abertos). 
-fechado/adiabático: não permite troca de energia com o universo. 
Universo: tudo em volta do sistema. 
 
Leis da termodinâmica: todas as reações seguem essas leis. 
-1ª lei: conservação da energia (no balanço energético final global, a quantidade de energia do 1º 
sistema vai ser sempre idêntica à quantidade de energia do 2º sistema, mesmo que o tipo de 
energia seja diferente; pode ocorrer transformação de energia, mas não pode ser nem criada nem 
destruída). 
-2ª lei: aumento da desordem no universo (é energeticamente desfavorável manter a organização; 
um estado de menor energia tende para um estado desorganizado). 
 
 
 
A+B se torna C+D sem que seja necessário o fornecimento de energia? 
Se ela for espontânea, significa que os reagentes (A+B) possuem mais energia que os produtos 
(C+D), mostrando que há liberação de energia. 
Uma reação espontânea pode liberar calor, mas nem sempre isso acontece. 
 
3 parâmetros devem ser considerados: 
1) Energia livre (a reação é espontânea ou não? Libera energia ou não?) 
2) Entalpia (a reação libera calor ou não?) 
3) Entropia (qual dos sistemas da reação é mais organizado?) 
 
1) Energia livre de Gibbs (G): é a energia necessária para se realizar trabalho durante uma reação 
a temperatura e pressão constantes. 
-sistema transformado libera energia: ΔG negativo (sistema final – sistema inicial; sistema 1 mais 
energético que o 2); reação EXERGÔNICA. 
-sistema transformado capta energia: ΔG positivo; reação ENDERGÔNICA. 
 
2) Entalpia (H): é o conteúdo de calor do sistema reagente, refletindo no número e nos tipos de 
ligações químicas nos reagentes e nos produtos. 
-sistema transformado libera calor: ΔH negativo; reação EXOTÉRMICA. 
-sistema transformado absorve calor: ΔH positivo; reação ENDOTÉRMICA. 
 
3) Entropia (S): é a expressão quantitativa da casualidade, ou aleatoriedade, ou ainda desordem 
de um sistema. 
-sistema transformado é mais organizado: diminuiu a entropia; ΔS diminui. 
-sistema transformado é menos organizado: aumento da entropia; ΔS aumenta. 
 
Cálculo da variação de energia: ΔG = ΔH – T. ΔS 
(T sempre em Kelvin) 
 
 
 
 
 
Determinação da condição padrão: para se estabelecer condições reais de variação de energia 
livre de um sistema reagente, inicialmente é necessário determinar as condições padrões com 
valores conhecidos e pré-determinados. 
-constantes padrão-transformadas: pH (7), [H2O] (55,55M), K’eq e ΔG’
0
. 
 
 
A partir da variação livre padrão, é possível determinar, a partir de variações de concentração, a variação de 
energia livre real. 
 
Determinação da variação de energia livre real: para isso, é necessário levar em consideração as 
concentrações dos reagentes e dos produtos. 
 
A bioenergética depende muito da concentração dos reagentes e dos produtos. 
Ex: em condições-padrão, glicose-1-P tende a virar glicose-6-P e é uma reação exergônica, ocorrendo 
liberação de energia. No entanto, se a concentração de glicose-6-P estiver muito maior que a de glicose-1-P, 
a reação se torna endergônica, sendo mais favorável no sentido inverso devido à lei de ação das massas. 
 
Acoplamento de reações para geração de energia livre: muitas reações que ocorrem no nosso organismo 
não ocorrem de maneira isolada, mas acopladas a outras reações. As reações endergônicas, por exemplo, não 
ocorrem de maneira espontânea, então precisam ser acopladas para poderem acontecer. 
 
 
Keq para reações acopladas: multiplicação dos componentes da fórmula. 
 
 
 
Potencial energético do ATP: 
 
Mecanismo de hidrólise: o potencial energético não se resume apenas na simples hidrólise dos grupamentos 
fosfato, mas se baseia na transferência de grupamentos fosforila. O ΔG’
0
 do ATP é de -30,5 kJ/mol. 
Cada tipo celular, dependendo das concentrações de ATP, ADP e Pi, ele vai apresentar uma variação de 
energia real diferente. 
Por que não se estoca ATP? Porque a alta concentração de ATP causaria uma inversão no sentido da reação 
devido ao deslocamento do equilíbrio, estimulando a produção de ADP e porque sua hidrólise, se não estiver 
acoplada a outra reação, produz calor. 
 
Potencial energético de outros compostos: outros compostos capazes de transferir o grupo fosforila 
também variação de energia livre negativa. Algumas reações de oxi-redução produzem energia. 
-Fosfoenolpiruvato: componente da via glicolítica que é hidrolisado a piruvato, têm variação de energia livre 
padrão de -61,9 kJ/mol. Essa energia é utilizada para que haja a produção de 1 ATP. 
-1,3-bifosfoglicerato: tem uma energia livre de -49,3 kJ/mol. Essa energia também é utilizada na via 
glicolítica para a produção de 1 ATP. 
-Fosfocreatina: tem uma variação de energia livre padrão de -43 kJ/mol. Gera energia rapidamente para 
realizar contração muscular violenta e imediata. 
-obs: a hidrólise de alguns grupamentos tioésteres (Acetil-coA) apresenta variação de energia livre negativa, 
podendo ser acoplada a outras reações. 
 
Mecanismos de transferência de energia: reações intermediárias de fosforilação, e.g. 
 
 
Introdução às reações biológicas de oxidação redução: 
 
Reações de oxidação/redução são reações nas quais os elétrons são retirados/adicionados de grupamentos 
químicos altamente energéticos. 
Obs: reações de oxidação não necessariamente envolvem o oxigênio. 
 
Obs: Nas reações de oxi-redução sempre haverá um agente redutor (agente que doa elétrons) e um agente 
oxidante (agente que retira elétrons do agente redutor). 
 
Há reações que usam fluxo de elétrons no organismo que são fundamentais, como a oxidação da glicose, a 
oxidação de AG e a fosforilação oxidativa. 
 
Descrição das reações de oxidação redução: nas reações biológicas, a maioria dos processo de oxi-
redução envolvem carbonos que são capazes de doar ou aceptar elétrons. 
-Oxidação: frequentemente envolve a desidrogenação de carbonos (conduzido por desidrogenases). 
 
 
Em amarelo: nº de elétrons que podem ser doados. 
Obs: O oxigênio é um átomo muito eletronegativo, e atrai a nuvem de elétrons para ele. 
Metano: estado mais reduzido do carbono. 
Dióxido de carobono: estado mais oxidado do carbono. 
 
Potencial de redução: 
Par redox: par de moléculas que assume um papel redutor e um papel oxidante. Uma molécula que é capaz 
de oxidar, em algum momento também é capaz de reduzir. 
 
O potencial de redução corresponde à capacidade química de um par redox em doar ou receber elétrons, 
determinada a partir de seu potencial de redução padrão (E’
0
). 
Sempre que o potencial de redução for positivo, a tendência é que os elétrons migrem do ponto – (de menor 
afinidade) para o ponto + (de maior afinidade). 
 
 
 
 
Correlação entre energia livre e potencial de redução padrão: como o fluxo de elétrons gera trabalho, 
dependendo dos valores do potencial de redução, é possível obter, a partir dessas informações, os valores de 
energia livre. 
 
 
 
Potencial de redução para o 1º par redox Potencial de redução para o 2º par redox 
 
Na correlação real, a variação de energia livre é mais espontânea que na condição padrão, pois os 
produtos estavam em concentrações menores que os reagentes. Logo, a reação precisava ser 
deslocada para a direita para compensar essa diferença de concentração. 
 
Coenzimas participantes nos processos de oxidação redução: 
O NAD
+
 possui um anel onde o nitrogênio está carregado positivamente, enquanto no NADH há 2H 
ligados ao anel. Suas concentrações podem ser determinadas por espectrofotometria, pois possuem 
diferentes valores de absorbância. 
 
 
O NAD
+
/NADH participa do metabolismo de macromoléculas,da produção de energia e do 
metabolismo de certos fármacos. 
 
 
 
 
O NADP
+
/NADPH participam de reações, como de proteção contra espécies reativas 
(principalmente contra o oxigênio), de produção da glutationa reduzida (produto que participa das 
reações contra radicais livres) e do metabolismo lipídico. 
 
O FAD/FADH2 tem participação importante na fosforilação oxidativa do metabolismo energético, 
onde participa do complexo 2.