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* Profa. Márcia Vanusa Recife, 2011. * Introdução * Importância Seres vivos necessitam de um fornecimento contínuo de energia, para três propósitos: 1- desempenho do trabalho mecânico na contração muscular e outros movimentos celulares; 2- Transporte ativo de moléculas iontes; 3- Síntese de macromoléculas e outras biomoléculas a partir de precursores simples; Esses processos transformam a energia em calor, que é dissipado no ambiente; Aparato bioquímico celular responsável pela aquisição e utilização de energia. * Metabolismo * Vias metabólicas Classes das vias metabólicas: 1- as que convertem energia em formas biologicamente ativas; 2- as que necessitam de energia para ocorrerem. * Termodinâmica Estudo dos efeitos da energia que acompanham as mudanças físicas e químicas sobre a matéria. As leis da termodinâmica: Avaliar o fluxo e intercâmbio de matéria e energia. Bioenergética: Ramo da termodinâmica que estuda a produção e utilização de energia em reações metabólicas nos seres vivos. * Bioenergética Chamada de Termodinâmica Bioquímica; Conhecimento da termodinâmica foi possível determinar o quanto um processo físico é possível; Essencial para entender: Macromoléculas arranjam-se nas suas conformações nativas Vias metabólicas são concebidas Tráfico das moléculas nas membranas biológicas Geração de força mecânica nos músculos. * Em geral, a termodinâmica (bioquímica): Descrição das condições sob as quais os processos ocorrem de forma espontânea; Revisar os elementos termodinâmicos que possibilitem predizer a espontaneidade química e bioquímica: 1ª lei da termodinâmica 2ª lei da termodinâmica Energia Livre Natureza dos processos em equilíbrio * Na Termodinâmica: Sistema: É tudo que está dentro de uma região definida no espaço. Ex. frasco de reação, organismo; O resto do universo é chamado de meio circundante ou ambiente; Sistema pode ser: aberto, fechado ou isolado dependendo se troca matéria e energia com o meio externo. * Primeira lei da termodinâmica É uma afirmação matemática da lei de conservação de energia: a energia não pode ser criada e nem destruída U = Ufinal - Uinicial = q - w U= energia q= calor w= trabalho A energia total de um sistema, incluindo o meio circundante, permanece constante. Entretanto, a energia pode ser transferida de uma parte para outra do sistema ou transformada em outra forma de energia. Sistemas vivos: A energia química pode ser transformada em energia calorífica, elétrica ou mecânica. * Os processos pelos quais os sistemas liberam calor podem ser... Processos exotérmicos: do grego exo, fora. Perdem calor, q é negativo. Processos endotérmicos: do grego endo, dentro. Ganham calor, q é positivo. Entalpia: do grego enthalpein, aquecer. É definida como: H = U + PV P= pressão do sistema V= volume É uma função muito relacionada à anterior que representa o calor, a pressão constante, sob condições nas quais apenas é possível realizar um trabalho de expansão (do tipo pressão-volume). * Segunda lei da termodinâmica Processos espontâneos ocorrem na direção que leva a um aumento na desordem total do universo, isto é, do sistema e do meio externo. A entropia total de um sistema deve aumentar quando um processo ocorre espontaneamente. Entropia: representa o grau de desordem ou distribuição ao acaso do sistema e torna-se máxima à medida que este se aproxima do equilíbrio. * Energia livre É a energia útil de um sistema; formulada por J. Willard Gibbs em 1878, é o indicador de espontaneidade dos processos que ocorrem a temperatura e pressão constantes. G = H - TS G = H - TS G: variação da energia livre S: variação da entropia H: variação da entalpia (calor) T: temperatura absoluta * Energia livre pode ser: Exergônica: Se G é negativa, a reação ocorrerá espontaneamente com a perda de energia livre; Endergônica: Se G é positiva, a reação somente ocorre quando se fornecer energia livre. Os processos endergônicos ocorrem por acoplamento a processos exergônicos Processos vitais: Reações de síntese, contração muscular, condução de impulso nervoso e transporte ativo, obtêm energia por ligações químicas ou acoplamento a reações oxidativas. * Exergônico = exotérmico = perda de energia livre. São denominados de catabolismo (geralmente, a quebra ou oxidação de moléculas combustíveis). Endergônico = endotérmico = ganho de energia livre. São denominadas de anabolismo, reações de síntese que constroem as substâncias. O conjunto de processos catabólicos e anabólicos constituem o metabolismo. * Metabolismo soma de todas as reações enzimáticas que ocorrem na célula com integração altamente coordenada REGULAÇÃO CELULAR DAS VIAS METABÓLICAS velocidade de catabolismo e anabolismo necessidade celular de energia imediata ação das enzimas inibidas pelos produtos finais controle genético da velocidade de síntese enzimática controle hormonal * Conversões de energia na célula Fotossíntese 6 CO2 + 6 H2 O C6 H12 O6 + 6 O2 G‘ = + 686 Kcal Respiração C6 H12 O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O G‘ = - 686 Kcal * Resumo Os sistemas biológicos utilizam energia para realizar os processos vitais; As reações exergônicas ocorrem espontaneamente com perda de energia livre. As reações endergônicas requerem ganho de energia livre e somente ocorrem quando acopladas a reações exergônicas; O ATP atua como energia corrente da célula, transferindo energia livre proveniente de substâncias de alta energia potencial para aquelas de baixa energia potencial. * * * * * * Compostos de Alta Energia que participam no Metabolismo Fosfoenol piruvato Go’ -14,8 kcal/mol Fosfocreatina Go’ -10,3 kcal/mol ATP Go’ - 7,3 kcal/mol Glicose-6-fosfato Go’ - 3,3 kcal/mol
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