Aula 3 (09.08.13) Bioenergética

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Bioenergética 
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO 
 
 
 Disciplina Bioquímica II 
 
 
Profa. Dra. Taísa M. Dinamarco 
Ciclo CO2 e O2 entre o domínio autotrófico e heterotrófico na biosfera 
Princípios da bioenergética 
 Relação energética entre vias catabólicas e anabólicas 
Bioenergética 
 Estudo quantitativo das transduções energéticas que 
ocorrem nas células vivas: 
 
 - mudança de uma forma de energia em outra; 
 
 - natureza e dos processos químicos envolvidos nestas 
transduções; 
Leis da termodinâmica 
- Primeira lei: Lei da conservação de energia: 
 
 Numa modificação química ou física, a quantidade total de energia 
no universo permanece constante, embora a forma de energia possa 
mudar; 
- Segunda lei: Em todos os processos naturais a entropia do 
universo aumenta; 
Parâmetros termodinâmicos 
• Entalpia 
 
 
• Entropia: mudança em seu interior – “desordem” 
 
 
• Energia livre de Gibbs 
- Função da termodinâmica que responde pelo fluxo de calor nas 
mudanças químicas que ocorre à pressão constante quando 
NENHUMA forma de calor é realizada a não ser trabalho de 
Pressão x Volume (PV) 
 
- Entalpia (H) = E (energia interna) + PV 
 
H= E + PV 
 
H =  (E + PV) 
 
 H = E + P  V Pressão constante 
 
 
 
Entalpia 
COMBINAÇÃO DAS ENTALPIAS DE REAÇÃO: 
Algumas reações não apresentam sua entalpia tabelada – sabendo 
que a entalpia é uma função de estado, o valor da reação será 
determinado a partir de entalpias de reações conhecidas. 
 
 
Lei de Hess: A entalpia de uma reação é a soma das entalpias 
padrões das reações nas quais a reação global pode ser dividida 
Entalpia 
H = H1 + H2 
Entalpia 
- Conteúdo de calor do sistema reagente; 
 
- Reflete o número e os tipos de ligações químicas nos 
reagentes e produtos; 
Reação 
Exotérmica 
Endotérmica 
Processos espontâneos 
- A termodinâmica está relacionada com a pergunta: uma reação 
pode ocorrer? 
 
- PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA: energia é conservada, 
 
• Qualquer processo que ocorra sem intervenção externa é 
espontâneo: 
 
- Quando dois ovos caem no chão eles se quebram 
espontaneamente. 
- A reação inversa não é espontânea 
 
 
 Um processo espontâneo tem um sentido 
 
 
Processos espontâneos 
Entropia e Segunda Lei da Termodinâmica 
Entropia e Segunda Lei da Termodinâmica 
Entropia e Segunda Lei da Termodinâmica 
Entropia e Segunda Lei da Termodinâmica 
Ex: Oxidação completa de Glicose 
Entropia 
Energia livre de Gibbs 
Energia livre de Gibbs 
 O sinal de G diz se o processo é espontâneo 
O que é energia livre de Gibbs ? 
- G (Energia livre) é uma grandeza termodinâmica. 
- Por que o sinal do G nos diz sobre a espontaneidade da reação? 
- O que é “livre” na energia livre? 
 
 - G sob condições de T e P constantes – podemos relacionar 
Suniverso às grandezas que dependem apenas das variações de 
Entalpia e Entropia. 
 
- A variação de energia livre para um processo = trabalho máximo 
útil que pode ser realizado pelo sistema em sua vizinhança em um 
processo espontâneo ocorrendo a T e P constantes . 
 
- ENERGIA LIVRE = é a parte da variação de energia de um 
processo espontâneo que está livre para realizar trabalho útil (O 
restante da energia entra no ambiente como calor). 
Estágio I: Fase preparatória 
Via glicolítica 
 
Fosforilação da glicose e sua 
conversão a gliceraldeído 3-P 
 
 
Conversão oxidativa do 
gliceraldeído -3P em piruvato e 
formação acoplada de ATP e 
NADH 
 
Estágio II: Fase de compensação 
Energia livre de Gibbs 
QUESTÃO CENTRAL DA BIOENERGÉTICA 
Energia livre de Gibbs (G): fração de energia disponível para realizar 
trabalho; 
Energia livre de Gibbs (G) 
Expressa a quantidade de energia capaz de realizar trabalho 
durante a reação com T e P constantes 
Acoplamento energético em um processo químico 
Gp < Gr: a reação libera energia: G = (-) Reação exergônica 
Gp >Gr : G = (+) Reação endergônica 
Cada composto tem um certo potencial energético (G: energia livre) 
que depende do tipo e do número de ligações em sua molécula 
Reações ocorrem no sentido em que a reação global é exergônica 
Energia livre e constante de equilíbrio 
• - Para qualquer processo químico, a relação geral entre a 
variação da energia livre padrão, Go , é dada 
 
 
R =constante ideal de gás – 8,314 J/ mol K 
T = temperatura absoluta 
Q = quociente de reação da mistura 
 
- Condições padrão: Concentração Reagentes e Produtos = 1 
mol/L 
 Q=1, logo lnQ =0 
 G = Go 
 
• No equilíbrio: 
- G =0 
- Q = Keq 
Energia livre e constante de equilíbrio 
(carboidrato e lipídeo) 
1 atm 
Variação energia livre de algumas reações químicas 
- Não está em equilíbrio: tendência em direção ao equilíbrio 
representa a força motriz cuja intensidade pode ser expressa como 
a variação de energia livre para a reação, ΔG (real). 
 
 
 ΔGo= condições padrões (R e P com concentração =1M) 
 ΔG’o= constante padrão aparente 
 
 
 ΔG= ΔG’0 + RT ln [C]c.[D]d 
 [A]a.[B]b 
 G’0 = 13,8 kJ/mol + (-30,5 kJ/mol) = -16,7 kJ/mol 
 (1) Glucose + Pi glucose 6-phosphate + H2O 
 
 (2) ATP + H2O ADP + Pi 
_________________________________________ 
 
 ATP + glucose ADP + glucose 6-phosphate 
G’0 = 13,8 kJ/mol Keq= 3,9x10-3 
 
G’0 = -30,5 kJ/mol Keq= 2,0x105 
 
Keq=(Keq1) (Keq2) 
Keq= 7,8x102 
Calcule a variação de energia livre padrão da reação catalisada 
pela enzima fosfoglicomutase: 
 
 
 Glicose-1-fosfato glicose-6-fosfato 
 
 
Sendo que iniciando a reação com 20 mM de Glicose-1-fosfato e 
ausência de glicose-6-fosfato, o equilíbrio da mistura a 25ºC e 
pH 7,0 contem 1.0 mM de Glicose-1-fosfato e 19 mM de 
Glicose-6-fosfato. 
 
 A reação no sentido da formação de Glicose-6-fosfato ocorre com 
perda ou ganho de energia livre? 
• Keq= [glicose-6-fosfato] = 19mM/1mM=19 
 [glicose-1-fosfato] 
ΔG’0= -R T ln K’eq 
ΔG’0= - (8,315 J/mol k)(298 K)(ln 19) 
 
ΔG’0 = -7,3 KJ/mol 
• Glicose-6-fosfato + H2O glicose + Pi Keq1 = 270 
• 
• ATP + glicose ADP + glicose-6-fosfato Keq2 = 890 
 
Calcular a energia livre padrão para a hidrólise do ATP 
ΔG’0 1= -13,8 KJ/mol 
ΔG’0 2= -16,8 KJ/mol 
ΔG’0 = -13,8 + (-16,8) 
ΔG’0 = -30,6 KJ/mol