1. Bioenergética I

Prévia do material em texto

Bioenergética - parte I
Ao fi nal desta aula, você deverá ser capaz de:
• Defi nir conceitos de energia, calor e trabalho.
• Conhecer a primeira lei da termodinâmica.
11AULA
ob
jet
ivo
s
aula1.indd 11 14/10/2005, 08:18:04
Bioquímica II | Bioenergética - parte I
CEDERJ1 2
Uma célula viva é um sistema dinâmico; ela cresce, move, sintetiza 
macromoléculas complexas e, seletivamente, direciona substratos para um ou 
outro compartimento. Todas estas atividades necessitam de energia; assim, a 
célula deve obter energia do meio onde está e deve utilizar esta energia com 
a maior efi ciência possível. As plantas a obtêm da luz do sol; animais usam a 
energia estocada nas plantas ou em outros animais que consomem.
ENERGIA, CALOR E TRABALHO
 Uma palavra que usaremos com freqüência é sistema. Neste 
contexto, sistema é uma porção defi nida do espaço que foi selecionada 
para o nosso estudo. Pode ser uma simples bactéria, um tubo de ensaio 
contendo milhões de células, a Terra ou o universo. Tudo o que estiver 
em volta do sistema é o ambiente. 
 Qualquer sistema pode conter uma certa quantidade de 
energia, que chamamos E. Os átomos e moléculas do sistema têm 
energia cinética de movimento e energia de vibração e rotação. Além 
destas, nós poderíamos incluir toda a energia preservada nas ligações 
químicas entre os átomos e a energia de interação não covalente entre 
as moléculas. 
 A menos que um sistema esteja isolado, ele pode, em princípio, 
trocar energia com o ambiente e, assim, mudar a sua energia interna. 
Esta mudança pode acontecer de duas maneiras. Em uma o calor pode 
ser transferido de um sistema para outro. Na outra, o sistema pode 
realizar trabalho no seu ambiente ou pode sofrer um trabalho realizado 
pelo ambiente. O que denominamos trabalho, neste caso, pode ser, por 
exemplo, a contração muscular ou o movimento de um fl agelo de um 
protozoário. Certas convenções foram adotadas para descrever estas 
trocas de energia:
INTRODUÇÃO
aula1.indd 12 14/10/2005, 08:18:05
CEDERJ 1 3
A
U
LA
 
1
 
M
Ó
D
U
LO
 1
Figura 1.1: Esquema geral da fotossíntese.
 Nós denotamos calor pelo símbolo q. Um valor positivo 
de q indica que o calor do ambiente foi absorvido pelo 
sistema. Um valor negativo de q indica que o sistema 
perdeu calor para o ambiente.
 Nós denotamos trabalho pelo símbolo w. Um valor 
positivo de w indica que o trabalho é realizado pelo 
sistema no seu ambiente. Um valor negativo signifi ca 
que o ambiente realizou um trabalho sobre o sistema.
A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA – LEI DA 
CONSERVAÇÃO DE ENERGIA
Você já deve ter ouvido, em suas aulas de ciências, a seguinte 
expressão: “Energia não se cria nem se perde, apenas se transforma”. 
A queda d’água de uma cachoeira (energia mecânica) pode acionar 
um dínamo (energia elétrica), que por sua vez pode movimentar um 
ventilador (energia mecânica), ou acender uma lâmpada (energia 
luminosa). Em todas essas transformações a energia não foi criada nem 
perdida, apenas transformada. 
De onde vem a energia dos reagentes?
A luz do sol é a fonte original de energia. No processo de 
fotossíntese, as plantas assimilam a luz do sol através de pigmentos 
especiais. Açúcares são sintetizados utilizando essa energia e passam a 
ser fonte de energia química que poderá ser utilizada para formação de 
outras moléculas. Observe esse processo na Figura 1.1.
aula1.indd 13 14/10/2005, 08:18:06
Bioquímica II | Bioenergética - parte I
CEDERJ1 4
Em (A) temos a energia cinética 
transformada somente
em calor;
Em (B) parte da energia cinética é 
usada para retirar a água (trabalho), 
e uma menor quantidade de energia é 
liberada como calor;
Em (C) a energia cinética estocada 
no balde d’água suspenso pode 
ser usada para dirigir uma
máquina hidráulica ou para 
qualquer outro trabalho.
Figura 1.2: Transformação de energia.
R E S U M O
Nesta aula, você aprendeu que um sistema pode trocar energia com o 
meio ambiente e assim mudar sua energia. Vimos que esta mudança 
pode ocorrer na forma de calor ou trabalho. Você deve ter em mente o 
seguinte conceito:
• a primeira lei da Termodinâmica é a lei da conservação da energia, ou 
seja, energia não se cria, só se transforma.
Veremos, mais adiante, que os seres vivos são transformadores 
naturais de energia. Veja exemplos de transformação de energia na fi gura 
1.2. Como mencionada anteriormente, a energia de um sistema pode 
ser mudada somente na forma de calor ou de trabalho. Tal mudança 
da energia interna de um sistema, a qual chamamos ∆E, pode ser 
matematicamente representada por:
∆E = q – w
Essa equação expressa a primeira lei da Termodinâmica. Considere, 
por exemplo, alguns processos nos quais uma certa quantidade de calor 
é absorvida por um sistema e este realize trabalho sobre o ambiente. No 
caso onde q for igual a w, a ∆E será igual a zero.
aula1.indd 14 14/10/2005, 08:18:06