1a_Aula_-_Bioenergetica

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27/3/2011
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A PRINCIPAL PROPRIEDADE DOS SERES VIVOS
•Cada célula, organismo, etc, pode ser considerado um sistema.
Sistema: parte do universo onde se pretende analisar as transformações
de energia.
Vizinhança: tudo ao redor do sistema.
Sistemas quanto a relação com sua vizinhança:
fechado → não troca matéria com sua vizinhança, mas há de energia.
ex.: bloco aquecido submerso em água. (bloco → água)
adiabático → não troca matéria ou energia com sua vizinhança.
ex.: combustão dentro de cilindro com paredes adiabáticas.
aberto→ há troca de matéria e energia com sua vizinhança.
ex.: motores, sistemas vivos.
Energia trocada: calor, luz captada para fotossíntese.
Matéria trocada: alimento ingerido, CO2 liberado pela respiração.
POR QUE SISTEMAS ABERTOS?
Diálise renal: processo biofísico de troca de biomoléculas por uma 
membrana semipermeável de acordo com seus gradientes.
uréia
interstício Na+, Cl- 25°C
sangue 37°C
interstício 25°C
SISTEMAS BIOLÓGICOS SÃO CAPAZES DE:
A) Estocar e converter energia
B) Sintetizar a maioria dos seu próprios constituintes
C) Fazer a manutenção de suas estruturas e taxas internas
D) Moldar o ambiente externo e responder a seus estímulos
E) Reproduzir-se
energia luminosa → energia química
ex.: fotossíntese
energia química → energia mecânica
ex.: movimento flagelar, contração
muscular
energia química → energia luminosa
ex.: bioluminescência
energia potencial → energia química
ex.: gradiente de pH⇒ATP
A) Transdução de energia:
conversão de uma forma de energia em outra
Tendência natural:
proteínas → aminoácidos → CO2 + H2O + NH4+
Sistemas vivos:
CO2 + H2O + NH4+ ⇒ aminoácidos⇒ proteínas
Os organismos nunca se encontram em
equilíbrio com suas vizinhanças.
B) Aumento da ordem molecular:
exemplo: glicemia (em mg/100 ml de sangue)
60 ⇐ 80 100 ⇒ 250
hipoglicemia aceitável hiperglicemia
C) Homeostase:
manutenção de taxas (steady state)
exemplo: freqüência cardíaca (em batimentos por minuto)
60 ⇐ 80 120 ⇒ 160
baixa aceitável alta
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Processo dirigido pelas informações presentes no conteúdo de cada 
célula ou indivíduo.
• Sexuada (com troca de material genético) ⇒ variabilidade dentro 
da espécie.
• Assexuada (sem troca de material genético) ⇒ elevado número 
de organismos.
D) Reprodução: E) TROCA DE INFORMAÇÕES
• Além de trocar energia e matéria com meio exterior (ou por trocar...), os 
sistemas vivos são ainda capazes mudar seu meio ou de responder aos 
seus estímulos.
como respondem: dilatação da pupilas, aceleração dos batimentos 
cardíacos, aumento da frequência respiratória, salivação, etc...
como alteram: marés vermelhas, diminuição do albedo terrestre, 
formação da camada de ozônio, etc...
BIOENERGÉTICA: ramo da termodinâmica que estuda a 
transformação de energia nos sistemas vivos
• Os sistemas vivos, como qualquer 
sistema, obedecem aos princípios da 
termodinânica:
1o Princípio: conservação de energia
20 Princípio: entropia
A principal lei da Bioenergética é 
fundamentada nestes dois princípios 
da termodinâmica.
1o Princípio da Termodinâmica: princípio da conservação de energia 
“apesar da energia poder mudar de forma, toda a energia do universo 
permanece constante”
calor (q)
V1
T1 E1
P1 
V2
E2 T2
P2
A variação da energia interna do sistema (∆∆∆∆E) pode ser descrita: 
∆∆∆∆E = E2 - E1
ou
∆∆∆∆E = q - w ⇒⇒⇒⇒ q = ∆∆∆∆E + w
Conclusão: a energia fornecida na forma de calor não se perdeu; 
apenas se transformou em trabalho físico (w) e acréscimo de 
energia interna (∆∆∆∆E).
• Sabendo que energia não se perde, apenas se transforma, os 
bioquímicos utilizam o calorímetro para medir o conteúdo calórico 
das moléculas.
• Na ausência de trabalho físico significante:
w = 0 ⇒⇒⇒⇒ q = ∆∆∆∆E = ∆∆∆∆H (entalpia)
qdo uma reação/processo libera calor⇒⇒⇒⇒ ∆∆∆∆H < 0⇒⇒⇒⇒ exotérmica
qdo uma reação/processo consome calor ⇒⇒⇒⇒ ∆∆∆∆H > 0⇒⇒⇒⇒ endotérmica
ignição
ác. palmítico
termômetro
2o Princípio da Termodinâmica: princípio da entropia 
“o universo sempre tende ao máximo de desordem, isto é, ∆∆∆∆S > 0”
∆∆∆∆S = Sb - Sa > 0
qdo ∆∆∆∆S > 0:
na expansão de um gás;
na dissolução de um soluto;
na diminuição da ordem molecular (moléculas complexas gerando simples);
na conversão de sólidos em líquidos, e líquidos em gases; etc.
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• A espontaneidade de uma reação ou de um processo bioquímico 
depende de um balanço entre o quanto de calor é liberado pela 
reação/processo (entalpia) e no quanto a reação/processo contribui 
para aumentar a desordem (entropia) do sistema.
• A variação (∆∆∆∆) de energia livre de Gibbs (G) é o termo usado pelos 
bioquímicos para descrever o saldo de energia de uma reação que 
pode ser convertido em trabalho útil para os seres vivos.
∆∆∆∆H = ∆∆∆∆G + T ∆∆∆∆S
ou
∆∆∆∆G = ∆∆∆∆H - T ∆∆∆∆S
• Em outras palavras, G é a parcela de energia do conteúdo calórico
de uma substância que não se “perde” na desorganização dos
sistema, sendo capaz de sustentar o anabolismo dos seres vivos.
• Sabendo que a temperatura (T) nos seres vivos é relativamente 
constante, a variação da espontaneidade de uma reação (sinal de 
∆∆∆∆G) é função apenas dos sinais de ∆∆∆∆H e ∆∆∆∆S.
∆∆∆∆H ∆∆∆∆S ∆∆∆∆G = ∆∆∆∆H - T ∆∆∆∆S
- + A reação é tanto entalpica quanto entropicamente 
favorável (completamente espontânea)
- - A reação é apenas entalpicamente favorável. Sua 
espontaneidade depende de ∆∆∆∆H ser muito negativo
+ + A reação é apenas entropicamente favorável. Sua 
espontaneidade depende de ∆∆∆∆S ser muito positiva.
+ - A reação é tanto entalpica quanto entropicamente 
desfavorável (completamente não espontânea)
qdo ∆∆∆∆G > 0 (+) ⇒⇒⇒⇒ reação desfavorável ⇒⇒⇒⇒ endergônica
qdo ∆∆∆∆G < 0 (-) ⇒⇒⇒⇒ reação favorável ⇒⇒⇒⇒ exergônica
Fermentação de glicose a etanol Combustão do etanol Quebra do pentóxido de nitrogênio 
C6H12O6 →→→→ 2 C2H5OH + 2CO2 C2H5OH + 3O2 →→→→ 2CO2 + 3H2O N2O5 →→→→ 2NO2 + 1/2 O2
(s) (l) (g) (l) (g) (g) (l) (s) (g) (g)
entalpia favorável entalpia favorável entalpia desfavorável
entropia favorável entropia desfavorável entropia favorável
• Exemplos de reações exergônicas (∆∆∆∆G negativo)
• Nos seres vivos, várias reações importantes são endergônicas (∆∆∆∆G 
positivo). Para acontecerem, tais reações são acopladas a reações 
exergônicas, que lhes fornecem a energia necessária (trabalho 
bioquímico).
fosforilação da glicose: glicose + fosfato →→→→ glicose-6-fosfato ∆∆∆∆G = +14 kj/mol
hidrólise do ATP: ATP →→→→ ADP + fosfato ∆∆∆∆G = -31 kj/mol
glicose + ATP →→→→ glicose-6-fosfato + ADP ∆∆∆∆G = -17 kj/mol
hidrólise do fosfoenolpiruvato: PEP →→→→ piruvato + fosfato ∆∆∆∆G = -62 kj/mol
fosforilação do ATP: ADP + fosfato →→→→ ATP ∆∆∆∆G = +31 kj/mol
ADP + PEP →→→→ piruvato + ATP ∆∆∆∆G = -31 kj/mol
CONCLUSÕES SOBRE SISTEMAS BIOLÓGICOS
Lehninger, 1993
“Organismos vivos criam e mantém suas complexas estruturas às custas 
da energia obtida a partir de seu meio”
“Uma célula é um sistema isotérmico capaz de delimitar a si próprio, 
construir a si próprio, ajustar a si próprio e propagar a si próprio, a partir 
de energia e matéria elementar captada de seu meio.”
“A célula mantém a si própria em um estado de steady state dinâmico, 
porém longe do equilíbrio com seu meio”