Capítulo 13 Leninger 1

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Como ocorre o ciclo de energia entre o ambiente e os organismos vivos?
As plantas capturam a energia radiante do sol e a armazena como energia nas ligações químicas pelo processo de fotossíntese e extraem CO2, H2O e N da atmosfera sintetizando biomoléculas e O2.
Por outro lado, os animais, não fazem fotossíntese, mas extraem energia das biomoléculas produzidas pelas plantas, através do processo de respiração, que consome oxigênio. Durante esse processo de respiração, os animais produzem CO2 e H2O, os quais serão consumidos pelas plantas.
Como ocorre o ciclo de energia entre o ambiente e os organismos vivos?
Muitos organismos autotróficos são fotossintéticos e obtém sua energia da luz solar. Esses organismos usam o CO2 e o H2O atmosférico para produzir suas biomoléculas, sendo que alguns deles produzem O2 a partir da água. 
Os organismos heterotróficos obtém sua energia a partir da degradação de nutrientes orgânicos produzidos por autotróficos. Então esses organismos utilizam os produtos orgânicos dos autotróficos como nutrientes e devolvem CO2 para a atmosfera. Algumas das reações de oxidação que produzem CO2, também consomem oxigênio, convertendo-o em H2O.
Defina energia e trabalho.
Energia: pode ser definida como a capacidade de realizar trabalho;
Trabalho: Nos sistemas biológicos, trabalho significa uma as três coisas: 
Trabalho químico;
Trabalho de transporte;
Trabalho mecânico.
O que é trabalho químico? Cite exemplos.
É o trabalho que forma e que quebra ligações químicas, permite às células a aos organismos crescer, manter um meio interno apropriado e armazenar as informações necessárias para a reprodução e outras atividades.
 Ex.: As formações das ligações químicas de uma proteína.
O que é trabalho de transporte? Cite exemplos.
É o trabalho que permite as células mover íons, moléculas e partículas maiores através das membranas celulares e através da membranas das organelas celulares. Ele é particularmente útil para criar gradientes de concentração.
 Ex.: Alguns RE utilizam energia para importar íons cálcio do citosol, criando uma alta concentração de cálcio dentro da organela e uma baixa concentração de cálcio no citosol. 
 Quando esse cálcio é liberado para o citosol, é gerado um “sinal de cálcio” que induz a célula realizar alguma ação, como a contração muscular.
É o trabalho utilizado para gerar movimento. 
Ex.:Em nível celular, isso inclui o movimento de organelas dentro das células, mudanças na forma das células e o batimento de cílios e flagelos.
O que é trabalho mecânico? Cite exemplos.
Existem duas formas de energia armazenada das ligações químicas. Quais são ? Defina as duas.
Energia cinética: é a energia do movimento. Ex.: uma bola rolando colina abaixo; moléculas cruzando uma membrana biológica.
Energia potencial: é a energia armazenada. Ex.: Uma bola equilibrada no topo de uma colina (ela tem o potencial de iniciar o movimento de descida colina abaixo); Uma molécula posicionada no lado de alta concentração de um gradiente de concentração (possui energia potencial para se mover a favor do gradiente de concentração).
Qual forma de energia está mais associada ao trabalho? Explique.
Como o trabalho sempre envolve movimento, ele está associado com a energia cinética. A energia potencial também pode ser usada para realizar trabalho, mas precisa primeiro ser convertida em energia cinética. A transformação de energia potencial em energia cinética nunca é 100% eficiente, e certa quantidade de energia é perdida pra o meio, usualmente na forma de calor.
Resuma a relação entre energia cinética e energia potencial. Cite um exemplo de como essa relação ocorre em sistemas biológicos.
A relação entre a energia cinética e potencial é resumida na seguinte figura:
Em sistemas biológicos, a energia potencial é armazenada nos gradientes de concentração e nas ligações químicas, sendo transformada em energia cinética quando é necessário realizar trabalho químico, de transporte ou mecânico.
O que é bioenergética?
É o estudo quantitativo das transduções energéticas – transformação de uma forma de energia em outra – que ocorrem nas células vivas (NELSON; COX, 2014).
 Em um sistema biológica, as reações químicas são um meio crucial de transferência de uma parte do sistema para outra.
Duas regras básicas governam a transferência de energia em sistemas biológicos e no universo como um todo. Quais são elas? Defina.
1ª Lei da termodinâmica: Também conhecida como lei da conservação de energia, diz que o total de energia no universo é constante, sendo ele considerado um sistema fechado (nada entra e nada sai), em que a energia pode ser convertida de uma forma em outra, mas a quantidade total de energia em um sistema fechado nunca muda;
 O corpo humano é considerado um sistema aberto, pois ele troca matéria (se alimenta para obter energia) e energia (perda energia na forma de calor e obtém energia do meio).
2ª Lei da termodinâmica: postula que processos espontâneos naturais vão de um estado de ordem (não aleatório) para um estado de desordem ou aleatoriedade, conhecido como entropia.
 Criar ou manter a ordem em um sistema aberto como o corpo requer energia. A desordem ocorre quando um sistema aberto perde energia para o seu meio externo sem recuperá-lo.
Numa reação química, como uma determinada substância se torna uma substância diferente?
Isso ocorre, usualmente, pela ruptura e/ou formação de ligações covalentes. Uma reação inicia com uma ou mais moléculas chamadas de reagentes e termina com uma ou mais moléculas chamadas de produtos. Ex.:
O que é taxa de reação?
É a velocidade na qual uma reação ocorre, ou seja, é a taxa de desaparecimento dos reagente (A e B) ou a taxa de aparecimento dos produtos (C e D). Ela é medida ela de concentração dos reagentes ou dos produtos durante certo período de tempo.
Qual o propósito das reações químicas nas células? O que é energia livre?
O propósito das reações químicas na células é transferir energia de uma molécula para outra ou usar a energia armazenada nas moléculas reagente para realizar trabalho.
Energia livre é a energia potencial armazenada nas ligações químicas de uma molécula. Geralmente, moléculas complexas possuem mais ligações químicas e, portanto, mais energia livre. Ex.: Uma molécula de glicogênio possui mais energia livre que uma molécula de glicose.
Como as reações químicas são iniciadas?
A energia requerida para iniciar uma reação é definida como energia de ativação da reação.
Quais reações podem ser iniciadas espontaneamente e quais não podem?
Uma reação com baixa energia de ativação ocorre espontaneamente quando os reagente são colocados em conjunto.
Uma reação com alta energia de ativação não ocorrerão espontaneamente ou ocorrem muito lentamente para serem úteis.
O que acontece à energia livre dos produtos e dos reagente? 
A diferença entre a energia livre dos reagentes e dos produtos é conhecida como variação de energia livre da reação. Então os produtos de uma reação pode ter energia livre mais alta ou mais baixa que os reagentes e uma variação no nível de energia livre significa que a reação absorveu ou liberou energia. 
Defina reação exergônica e como ela pode ser usada.
Reação exergônica: a energia livre dos produtos é menor que a energia livre dos reagente. 
Ela pode ser usada por outras moléculas para realizar trabalho;
Ela pode ser emitida na forma de calor;
Ela pode ser armazenada como energia potencial em algum gradiente de concentração.
Defina reação endergônica e como ela pode ser usada.
Reação endergônica: os produtos retêm parte da energia de ativação que foi adicionada, tornando a sua energia livre maior que a dos reagentes.
Parte da energia adicionada a uma ligação endergônica permanece nas ligações químicas do produto. Essas reações geralmente são de síntese.
Ex.: várias moléculas de glicose são unidas para formar o polímero de glicose.