Bioenergética e Metabolismo

Ø Número de reações metabólicas é grande, mas o número de tipos é pequeno

Ø Bioenergética ⇒estudo quantitativo das transduçõesde energia

Energia:ØTrabalho mecânicoØTransporte ativoØBiossíntese

Regulação dos processos metabólicosØQuantidade de enzimasØSuas atividades catalíticas (Alosterismo, feedback, modificação covalente)ØAcessibilidade do substrato

Sistema (porção definida do espaço).Ø Aberto – envolve trocas de energia e massa com o ambiente. Ex.: células e organismos.Ø Fechado – somente trocas de energia.Ø Isolado – sem trocas.

Ambiente (tudo que está em volta do sistema).

Processo (transformações que ocorrem no sistema e/ou no ambiente).

Ø Isobárico – pressão constante. Ø Isovolumétrico – volume constante.Ø Isotérmico – temperatura constante.

Alguns conceitos básicos de termodinâmica

1ª Lei (conservação da energia)Em qualquer transformação física ou química, a

quantidade total de energia no universo permanece constante, embora possa mudar de forma.

Ex.: Conversão de energia química em energia mecânica (movimento), energia luminosa (ex.: vaga-lume) e energia térmica (calor).

2ª Lei (desordem crescente do universo)A entropia do universo sempre aumenta em

todos processos naturais.

Leis da Termodinâmica

Entalpia (H) ⇒ Reflete os tipos e o número de ligações químicas nos reagentes e nos produtos.

∆ H < 0, reação exotérmica. ∆ H > 0, reação endotérmica.

Energia livre de Gibbs (G) ⇒ Energia capaz de realizar trabalho a temperatura e pressão constantes.

∆ G = ∆ H – T ∆ S.∆ G < 0, o processo será espontâneo.

∆ G > 0, o processo não será espontâneo.∆ G = 0, o processo estará no equilíbrio.

O valor de ∆ G depende da reação química em particular e de quanto o sistema está inicialmente longe do equilíbrio.

Formas de energia

Formas de energia

7 moléculas 12 moléculas

O2(um gás)Glicose

(um sólido)

CO2(um gás)

H2O(um líquido)

(Mais organizado)Menor entropia

(Menos organizado)Maior entropia

Variação de energia livre de reação

aA + bB cC + dD

A definição da variação da energia livre é dada por: ∆G = Gprodutos – Greagentes

A variação de energia livre é uma expressão da força que impulsiona o sistema para o equilíbrio :

∆G = variação de energia livre em quaisquer condições.∆G0 = variação de energia livre nas condições padrão.

T = 298 K (25 ºC)[Reagentes] = [Produtos] = 1 mol/L ouPressão parcial = 1atm (para os gases)[H+] = 10-7 M[H2O] = 55,5 M.

A variação de energia livre padrão nestas condições é simbolizado por ∆G0’. Em quaisquer condições, o cálculo de ∆G:

Condições padrão usadas em Bioquímica

Reações no equilíbrio

Acoplamento de reações e aditividade de variação de energia livre

Duas reações em seqüência, no qual os produtos de uma reação são os reagentes da outra, são chamadas de reações acopladas.

Fosforilação do ADP na glicólise

ADP + Pi → ATP + H2O (∆G0’ = +30,5 kJ/mol)

PEP + H2O → Piruvato + Pi (∆G0’ = -62,0 kJ/mol)___________________________ADP + PEP → ATP + Piruvato

(∆G0’ = +30,5 + (–62,0) = -31,5 kJ/mol)

ØEstabilização por ressonânciaØRepulsão eletrostáticaØHidratação

Base estrutural do alto potencial de transferência de fosforila do ATP

Reações biológicas de oxidação-redução

Os valores dos potenciais de redução padrão (E0’) sãodeterminados experimentalmente:

As condições padrão para a determinação do E0’ são:

Conc. das espécies = 1 mol/L;pH = 7;T = 25 ºC (298 K).

A meia-reaçãoH+ + e- → ½ H2

é usada como referência.

Em condições padrão, a variação de energia livre padrão (∆G0’) é dada por:

∆G0’ = - n F ∆E0’

∆E0’ = E0’receptor – E0’doador

Equação de Nernst

R e T tem seus significados usuais;n = número de elétrons transferidos;F = constante de Faraday (96,44 kJ/V . mol).

Reações biológicas de oxidação-redução