Aula 1

Termodinâmica e os compostos transferidores de energia livre

Usain Bolt, JamaicaWorld Record 100 m – 9.58 sBerlim 2009

Mean weigth = 70 kg

Power: Lying: 83 J/s

Sitting: 98 J/s

Standing: 133 J/s

Walking: 223 J/s

Relative energy flow: Lying: W/kg

Sitting: W/kg

Standing: W/kg

Walking: W/kg

4H+ He + energy (Light and heat)

Mass (apprx.): 2.0 x 10 30 kg

Power: 3.9 x 10 26 J/s or W

Relative energy flow: W/kg

H2O- Solvatacao- Calor especifico

????

Antoine-Laurent de Lavoisier (26 August 1743 – 8 May 1794)

Calorímetro de Lavoisier-La Place

Se a respiração e a queima são a mesma reação química, então deve existir uma proporcionalidade

entre as quantidades de CO2 e de calor produzidas ...

“A respiração é portanto uma combustão, muito lenta é verdade, mas de qualquer forma perfeitamente semelhante à combustão do carvão ou de qualquer outra matéria orgânica. Ela ocorre no interior dos pulmões sem produzir luz perceptível, porque a matéria liberada pelo fogo é imediatamente absorvida pela umidade dos tecidos”.(Lavoisier, 1787, vol. II, 331)

Guilhotinado em 8 de Maio de 1794, pelo tribunal revolucionário

Corpo + O2 CO2 + H2O + Calor

Lavoisier (Tratado de Quimica Elementar, 1789)

Lei da conservação das massas: “Matéria não se cria nem se destroi, se transforma”

1a. Lei da termodinâmica:

“Lei da conservação da energia”.Em um sistema fechado, o total de energia permanece constante.

“Na Natureza, nada se cria, nada se destrói … Tudo se transformará”

2a. Lei da termodinâmica:

“A quantidade total de entropia aumenta no universo”.

Energia é a capacidade de um sistema realizar trabalho

G = H - TSEnergia Livre de Gibbs (G)

Entalpia (H)

Entropia (S)

Energia Livre de Gibbs (G)

Qdade de energia livre para realizar W Espontaneidade das reaçõesG < 0 (-) liberação energia = ExergonicoG > 0 (+) absorção energia = Endergonico

Entalpia (H)Qdade de calor num sistema (conteúdo térmico)

[ H produtos – H reagentes] < 0 (-) liberação calor = exotérmica

[ H produtos – H reagentes] > 0 (+) absorção calor = endotérmica(J/mol ou cal/mol)

Entropia (S)

Grau de aleatoriedade ou desordem de um sistema.

S [S produtos – S reagentes] < 0 (-) Menos desorganizadosS [S produtos – S reagentes] > 0 (+) Mais desorganizados(J/mol . K ou cal/mol . K)

G = 0 Reação em equilibrio(J/mol ou cal/mol)

Dissolucao de KCl e NaOH

A combustao da glicose …

Glicose:H = -2805 kJ/molS = 209, 2 J/K.molT = 298 KS = G =

Agua:S = 69,096 J/ K.mol

CO2:S = 213,8 J/K.mol

S = O2 = 205J/K. mol

A combustao da glicose …

Glicose:H = -2805 kJ/molS = 209, 2 J/K.molT = 298 KS = 11, 2096 J/K.molG =

Agua:S = 6,6096 J/ K.mol

CO2:S = 213,8 J/K.mol

A combustao da glicose …

Glicose:H = -2805 kJ/molS = 209, 2 J/K.molT = 298 KS = 11, 2096 J/K.molG = - 2808,34 kJ/mol

Agua:S = 6,6096 J/ K.mol

CO2:S = 213,8 J/K.mol

Constante de equilíbrio (Keq) [S] e [P] no equilíbrio Keq

aA + bB cC + dD

Keq= [C]c . [D]d

[A]a . [B]b

A Keq se relaciona inversamente com o G de uma reacao quimica

G > 0 EndergonicoG < 0 Exergonico

O acoplamento de reações

Principais classes de compostos transferidores de energia livreutilizados pelos sistemas biológicos

O acoplamento entre reações endergonicas e exergonicas

Phosphorylation

ADP3- + HPO42- + H+ → ATP4- + H2O ΔGo= + 30.5 kJ

Oxidation

NADH → NAD+ + H + + 2e- ΔGo= - 158.2 kJ

Reduction

1/2 O2 + 2H + + 2e- → H2O ΔGo= - 233.9 kJ

Reações de transferencia de fosfato e eletronsfuncionam como transferidores de energia livre

Os fosfoésteres e os fosfoanidridos

Fosfoésteres

Fosfoanidridos

ATP

Reações termodinamicamente desfavoraveisocorrem no ambiente celular quando acopladas a hidrólise de ATP

O ATP

O ATP

Etapas da hidrolise do ATP

Ligação: ATP-Enzima

Hidrolise: (ADP + Pi)-Enzima

Liberação: (ADP + Pi) + Enzima

A cálcio ATPase acopla o transporte de Ca+2

utilizando a energia livre do ATP

Ciclo catalítico da hidrólise de ATP

F1

F1·ADP F1

F1·ATP

·ADP·Pi

ATP – 16.700 cal/mol

H2O

Pi - 3600 cal/mol

ADP + 9.600 cal/mol

Go’ = - 10 kcal/mol

H+

H+

Mecanismos de formação de ATP

ADP + Pi

Energia desolvatacao

ATP

H2O

Energía: Keq > 1 G negativo “alta energia”

A solvatação do ATP e dos seus produtos de hidrolise é distinta

A síntese de ATP não é termodinamicamente limitante