Termodinâmica e Biologia: Transformação de Energia

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Todas as atividades realizadas pelos seres vivos dependem de energia; 
Termodinâmica e Biologia 
Estuda a transformação e fluxo de energia nos sistemas biológicos; 
Termodinâmica - Sistemas e Ambiente 
Sistema 
É uma parte definida do espaço. 
 É um conjunto de matéria e energia. 
Ambiente 
É tudo que envolve, e potencialmente pode interagir e interferir no sistema. 
 É ilimitado, comparando-se com o sistema. 
Termodinâmica - Tipos de Sistemas 
Sistemas 
Abertos 
Sistemas 
Fechados 
Sistema 
Descontínuo 
Sistema 
Contínuo 
Termodinâmica - 1º Lei 
 
É o princípio da conservação da energia. 
 
A energia não pode ser criada nem destruída, somente convertida em outra forma 
de energia. 
 
 "A energia do Universo é constante em energia". 
Termodinâmica - Entalpia (ΔH) 
As mudanças podem ocorrer de duas formas: 
1. Quando a mudança consome calor. 
Reação Endotérmica 
O sinal do ΔH será + 
2. Quando a mudança produz calor. 
Reação Exotérmica 
O sinal do ΔH será - 
ΔH = ΔU + P. V 
Termodinâmica – 2º Lei 
A 2º Lei da Termodinâmica determina o aspecto qualitativo de processos. 
Energia, espontaneamente sempre se desloca de níveis mais altos para níveis 
mais baixos. Exemplos: 
Entretanto, é possível fazer o caminho oposto, indo de níveis mais baixos de 
energia para níveis mais altos. Exemplos: 
Gasto de energia > gera > trabalho 
Termodinâmica – Entropia (S) 
A 1º Lei: A energia está em constante movimento, transformação (trabalho). 
A 2º Lei: Espontaneamente, a energia segue de níveis + elevados, para + baixos. 
Energia → Trabalho 
 
 
100% - X 
100% X 
Todo sistema que realiza trabalho tem sua energia diminuída 
ENTROPIA (S) 
Tipo de energia que é incapaz de realizar trabalho 
É uma grandeza termodinâmica associada ao grau de desordem do sistema 
Todo processo espontâneo cursa com aumento da entropia 
Termodinâmica – Entropia (ΔS) 
Toda transformação é acompanhada de uma mudança na entropia (ΔS). 
Energia → Trabalho 
 
 
100% - X 
100% X 
Entropia positiva (+ΔS) 
↑ da entropia 
 
A Entropia sempre aumenta com aumento da temperatura 
Trabalho → ↑Energia 
 
 
100% - X 
100% X 
Entropia negativa (-ΔS) 
↓ da entropia 
 
A quantidade de Entropia é representada por TΔS 
Termodinâmica – Energia Livre (ΔG) 
A Energia Livre (ΔG) (ou energia livre de Gibbs) é a energia capaz de realizar 
determinado trabalho (a volume e pressão constante). 
Processos ou mudanças que liberam 
energia capaz de realizar trabalho 
Exergônicos (-ΔG) 
Energia Livre = Entalpia - Entropia 
 
 (ΔG) = ΔH - TΔS 
Processos ou mudanças que 
consomem energia 
Endergônicos (+ΔG) 
ΔG = 0 → Indica que o processo está em equilíbrio, sem gasto ou 
consumo de energia, e com o máximo de entropia. 
Termodinâmica - Espontaneidade 
Uma reação espontânea é caracterizada pela perda de Energia Livre 
Processos ou mudanças com ΔG negativo ocorrem espontaneamente. 
A + B = C + D 
O que define a espontaneidade da reação é a liberação ou consumo de 
Energia Livre e não de calor. 
ΔG = -21 kcal 
Processos ou mudanças com ΔG positivo só ocorrem se receberem energia. 
A + B = F ΔG = +5 kcal 
Termodinâmica - Espontaneidade 
Valores da Energia Livre e propriedades dos processos. 
ΔG < 0 Exergônica 
ΔG > 0 
 
Endergônica 
 
ΔG = 0 - 
Libera enegia 
Consome energia 
 
- 
Provável, espontânea 
Improvável, provocada 
 
Entropia máxima 
Valor Tipo Reação Efeito observado Prob. ocorrer 
Termodinâmica - Acoplamento 
Uma reação começa a acontecer (1) e antes que termine, seus produtos servem 
com substrato para uma segunda (2) reação. 
(1) PEP + H2O → Piruvato + Pi 
Toda reação que ocorre em dois sentidos, obrigatoriamente é espontânea em um 
sentido e provocada em outro. 
ΔG = -61 kJ.mol-1 
(2) ADP + Pi ↔ ATP + H2O ΔG = +30 kJ.mol-1 
 
(3) PEP + ADP ↔ Piruvato + ATP ΔG = -31 kJ.mol-1 
Sentido espontâneo 
Sentido provocado 
Exemplo: Reação entre o fosfoenolpiruvato (PEP) e a adenosina difosfato (ADP). 
Termodinâmica - Equilíbrio 
Sistemas fechados entram em equilíbrio dinâmico em relação a si mesmos e 
com o ambiente. 
Café 90 ºC Café 25 ºC 
Tempo 
Calor 
Ambiente 25 ºC Ambiente 25 ºC 
ΔG = 0 
Não existe trabalho!! 
Termodinâmica – Estado Estacionário 
Sistemas abertos atingem o estado estacionário. 
Se caracteriza pela equivalência entre o que entra e sai do sistema. 
A composição interna do sistema permanece praticamente inalterada. 
 A entrada e saída (chuva e 
evaporação) de água ocorrem quase 
com a mesma taxa. 
ΔG ≠ 0 
 
Existe trabalho permanente 
 
Mas sem resultante significativa