Exercícios de Bioenergética- Bioquímica

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Bioquímica Médica I 
Samara Tessari Pires-P03 
Questionário de Bioenergética 
 
1. O que se entende por bioenergética? Qual a importância em se estudar 
bioenergética? 
A bioenergética é o estudo das alterações da energia que acompanham as reações 
bioquímicas. O estudo desse tema favorece a compreensão acerca do funcionamento do 
metabolismo dos seres vivos, os quais necessitam de energia, principalmente da química, 
para a realizar cada processo no organismo. Isso inclui a nutrição do corpo, que fornece 
o combustível necessário para atividades metabólicas. Nesse âmbito, entende-se as 
disfunções energéticas como, por exemplo, a inanição, que caracteriza a falta de 
nutrientes, a obesidade, que caracteriza o excesso deles, e o mau funcionamento dos 
hormônios da tireoide, os quais controlam as taxas metabólicas (velocidade de energia 
liberada), que, quando desreguladas, podem provocar doenças. 
Além disso, a energia química dos combustíveis é utilizada para: 
• Sintetizar macromoléculas complexas a partir de precursores simples; 
• Ser convertida em gradientes de concentração, gradientes elétricos, em movimento 
e em calor; 
• Ser transformada em luz por alguns organismos, como os peixes do fundo do mar 
e os vagalumes. 
Portanto, os organismos vivos têm a capacidade de controlar a energia e direcioná-la 
para o trabalho biológico. 
2. Qual a visão de Lavoisier sobre a respiração celular? 
Segundo Lavoisier, a respiração celular é a tocha da vida, uma vez que os seres vivos 
realizam a combustão lenta de carbono e de hidrogênio quando respiram, como ocorre 
em uma vela, por exemplo. Dessa forma, isso explica o metabolismo celular, que é capaz 
de converter energia química em outras formas capazes de realizar trabalho e em calor, 
que, embora não realize trabalho, é liberado para manter a temperatura corporal. 
3. Quais os tipos de energia que podemos utilizar e seu uso no nosso organismo? 
Os seres vivos podem utilizar a energia química para seus diferentes processos 
metabólicos, como a fermentação lática, por exemplo, a energia luminosa (convertida em 
energia química na visão), a energia calorífica (não é utilizada para realizar trabalho, mas 
sim liberada para auxiliar na manutenção da temperatura corporal), a energia mecânica 
(movimentos) e a energia elétrica (proveniente da respiração celular, por exemplo, a qual 
é uma reação de oxirredução e libera elétrons). 
 
 
4. Escrever o significado dos símbolos: G, H e S. Escrever a equação que 
relaciona estes símbolos. 
O símbolo G é a variação da energia livre. Ele expressa a quantidade de energia 
capaz de realizar trabalho durante uma reação a temperatura e pressão constantes. Quando 
o valor é positivo, a reação é endergônica, pois precisa absorver energia para prosseguir. 
Se, além de ser positivo, o valor for de grande magnitude, há pouca ou nenhuma 
probabilidade de ocorrer a reação. Quando o valor é negativo, a reação é exergônica; 
quando o valor é negativo e de grande magnitude, a reação prossegue quase até o fim e é 
irreversível e, quando o valor é nulo, o sistema está em equilíbrio e não acontece alteração 
global. 
O símbolo H expressa a variação de entalpia, isto é, a variação de calor que ocorre 
em uma reação, o que inclui o número e o tipo de ligações químicas nos reagentes e 
produtos. O valor positivo de H mostra que a reação é endotérmica e o negativo, que é 
exotérmica (convenção). 
S é utilizado para tentar quantificar o grau de desordem e de aleatoriedade em um 
sistema. Se os produtos de uma reação são mais desordenados que os reagentes, a reação 
acontece com ganho de entropia. 
Os três símbolos podem ser relacionados pela expressão: 
5. O que se entende por Energia Livre de Gibbs (G) e Energia Livre Padrão 
(G’o)? 
A Energia Livre de Gibbs, representada pelo símbolo G, expressa a quantidade de 
energia capaz de realizar trabalho durante uma reação a temperatura e pressão constantes. 
A partir dessa definição, pode-se estabelecer o símbolo G, que evidencia a variação 
dessa energia livre. A unidade para essa constante é cal/mol. 
O símbolo G expressa a energia que as células podem e devem utilizar para realizar 
trabalho, além de permitir predizer o sentido das reações químicas, a posição de equilíbrio 
e a quantidade de trabalho que as células podem realizar sob temperatura e pressão 
constantes. 
Já a Energia Livre Padrão (G’o) é a mesma variação da Energia Livre de Gibbs, porém 
em condições consideradas padrão segundo a bioquímica, as quais diferem das condições 
da física: o pH é 7 e a concentração de moléculas de H2O é de 55, 5 M. Vale lembrar que 
o símbolo G’º é preferível ao invés do símbolo Gº’. 
 
 
 
6. Escrever a equação que relaciona G’° à constante de equilíbrio de uma 
reação química qualquer em um sistema em equilíbrio e quando não está em 
equilíbrio. 
A equação mencionada na situação em que o sistema não está em equilíbrio é: 
A equação mencionada na situação em que o sistema está em equilíbrio está 
descrita a seguir. A diferença ocorre, porque G é nulo: 
7. O que se entende por reações exergônica e endergônica? 
As reações exergônicas e endergônicas são aquelas acompanhadas pela perda e pelo 
ganho, respectivamente, de energia livre em qualquer forma, não necessariamente como 
calor. Geralmente, ambas as reações estão acopladas, por exemplo, por um mecanismo 
em que há um composto intermediário de alta energia que serve como transdutor da 
energia liberada pela reação exergônica para a reação endergônica, a qual precisa absorver 
tal energia para prosseguir. 
Portanto, na prática, um processo endergônico não pode existir de forma 
independente, mas deve ser um componente de um sistema exergônico-endergônico 
acoplado no qual a alteração líquida global é exergônica 
8. Escrever a equação para o cálculo do G’° de uma reação de oxidorredução. 
Quando o sistema está em equilíbrio e quando não está em equilíbrio. 
O G’° pode ser relacionado a Eº em uma reação de oxidorredução: 
Nessa expressão, n representa o número de elétrons transferidos, F é a constante de 
Faraday, a qual expressa a quantidade de energia elétrica contida em um mol de elétrons, 
Eº é a diferença entre os potenciais de redução do aceptor de elétrons (agente oxidante) 
e do doador de elétrons (agente redutor) e G’º é a variação de energia livre padrão. 
Nesse mesmo tipo de reação, pode-se relacionar o potencial de redução padrão (Eº) 
ao potencial de redução real (E): 
Em que T é a temperatura e ln é o logaritmo neperiano. 
9. Escrever a equação para o cálculo do G’° para o transporte de substâncias 
com e sem carga, através de uma membrana. 
Para substâncias sem carga através de uma membrana, sendo Gt a variação de 
energia livre do transporte, a equação é: 
Em que R é a constante universal dos gases, T é a temperatura e ln é o logaritmo 
neperiano do quociente da divisão entre as concentrações do soluto na região de destino 
(C2) e na região de origem (C1). 
Quando o transporte é eletrogênico, isto é, que, por ser de um íon, produz a separação 
endergônica de cargas positivas e negativas, a equação é a seguinte: 
Em que Z é a carga do íon, F é a constante de Faraday e ∆ψ é o potencial elétrico 
transmembrana em volts. 
10. O que se ente por Força Eletromotriz - FEM? Qual sua aplicação no nosso 
organismo? 
A força eletromotriz é aquela que impulsiona o fluxo de elétrons devido à diferença 
de afinidade dessas partículas por dois elementos químicos, expressa pelo potencial de 
redução. 
No nosso organismo, por exemplo, a glicose é um composto relativamente reduzido, 
que, conforme é oxidado, os elétrons fluem espontaneamente para o gás oxigênio, que 
funciona como aceptor. Como o O2 tem mais afinidade de elétrons (muito eletronegativo) 
que os seus intermediários transportadores, o fluxo é exergônico. A força eletromotriz 
resultante é utilizada para outras enzimas eproteínas, como as ligadas à membrana interna 
da mitocôndria, as quais acoplam o fluxo de elétrons à produção de uma diferença de pH 
transmembrana e de um potencial elétrico. Por conseguinte, a diferença do gradiente de 
concentração de prótons provoca o movimento deles através da membrana, gerando, 
assim, a síntese de ATP a partir de ADP e de Pi. 
11. Escreva os compostos considerados ricos em energia. E explicar a nível 
molecular porque estes compostos são denominados de alta energia. 
Os compostos considerados ricos em energia são os chamados “fosfatos de alta 
energia”, que apresentam o valor de G’º maior que o do ATP. Em geral, são anidridos, 
como o 1-fosfato do 1,3-bifosfoglicerato, enolfosfatos, como o fosfoenolpiruvato e 
fosfoguanidinas, como a creatina-fosfato e a arginina-fosfato (fosfogênios). Outros 
compostos são os tióis-éster que envolvem a coenzima A, as proteínas carreadoras de 
acilas, os ésteres de aminoácidos envolvidos na síntese proteica, a S-adenosilmetionina 
(metionina ativa), a UDPGlc (uridina-difosfato-glicose) e o PRPP (5-fosforribosil-1-
pirofosfato). 
Eles são denominados assim, porque apresentam o grupo fosfato, o qual dá 
instabilidade à molécula, porém, quando essa parte sofre hidrólise em relação ao restante 
da cadeia molecular, ocorre liberação de energia. Dessa forma, eles representam 
compostos de armazenamento de fosfato de alta energia nos tecidos. A creatina-fosfato, 
por exemplo, é um fosfogênio presente nos espermatozoides, nos músculos esqueléticos 
e no coração. 
12. Citar a substância que a célula utiliza para captar a energia liberada no 
metabolismo. 
A substância é o trifosfato de adenosina (ATP). O ATP, um nucleotídeo composto 
por um nucleosídeo de adenina ligada à ribose associado à três grupos fosfato, atua como 
a “moeda energética” da célula, transferindo a energia livre derivada das substâncias de 
maior potencial de energia àquelas de menor potencial de energia. A alta variação de 
energia livre na hidrólise do ATP se deve ao alívio da repulsão de carga dos átomos de 
oxigênio adjacentes, carregados negativamente, e à estabilização dos produtos de reação, 
principalmente o fosfato, como híbridos de ressonância, quando ocorre a hidrólise da 
molécula. 
PROBLEMAS 
1. 
Para calcular, utiliza-se a seguinte equação: 
G= Gº= -7300 + 1,987. 298. lnKeq, tal que Keq= 
(0,25.10−3) (1,65.10−3)
(2,25.10−3)(55,5)
 ≈ 3,3. 10-6 
Assim, G= Gº= -7300 + 592,126. ln 3,3.10
-6 = -7300 – 7473,814372 ≈ -14773,81 
cal/mol. 
2. Como a reação está em equilíbrio, utilizamos a seguinte equação: 
Então, G’º = - 1,987.298. lnKeq, tal que Keq= 
(0,029)
(0,001)
 = 29 
G’º= - 592,126. ln29 = -592,126.3,3673 ≈ 1993,866 cal/mol 
3. 
a) Para calcular, utiliza-se a seguinte equação: 
G’º = - 1. 23,063. E’º, em que E’º= -0,163 – (- 0,32) = 0,157 V 
G’º = - 23,063.0,157= - 3,620891 cal/mol. 
b) O resultado pode ser obtido com a mesma equação da questão anterior: 
G’º = - 1.23,063. E’º, em que E’º= 0,816- (-0,32) = 1,136 V 
G’º = - 1.23,063.1,136 ≈ 26,1996 cal/mol 
 
4. Nesse caso, utiliza-se a equação das substâncias sem carga: 
Gt= 1,987. 298. ln 
10−2
10−4
 = 592,126. 4,605 ≈ 2726,74 cal/mol