Aula 1
Termodinâmica aplicada a bioenergética
“Bioenergética” no Google em 03 de Agosto de 2011
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“Bioenergética” no Google em 03 de Agosto de 2011
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“Bioenergética” AND “ATP” no Google em 03 de Agosto de 2011
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2,1 % dos sites referem-se a Bioenergética como ciência !!!
Usain Bolt
100 m em 9,58s
Velocidade: 10,43 m/s
Velocidade: 37,55 km/h
200 m em 19,19s
Velocidade: 10,42 m/s
Velocidade: 37,55 km/h
Gafanhoto
Migratório
Locusta migratoria
Máx. altitude = 2438 m
Velocidade: 20 km/h
A mais recente “praga bíblica”
O enxame de gafanhotos migratórios de 1987
A mais recente “praga bíblica”
O enxame de gafanhotos migratórios de 1987
CINCO DIAS DEPOIS …
Do ponto de vista energético
a engenharia não é comparável à biologia
Mil Mi-26
Full loaded weight = 49500 kg
Energy expenditure = 16760 kW
Max. Speed = 295 km/h
Do ponto de vista energético
a engenharia não é comparável à biologia
Locusta migratoria
Mil Mi-26
Full loaded weight = 2 g
Energy expenditure = 8,72 kW
Max. Speed = 20 km/h
Full loaded weight = 49500 kg
Energy expenditure = 16760 kW
Max. Speed = 295 km/h
Do ponto de vista energético
a engenharia não é comparável à biologia
Locusta migratoria
Mil Mi-26
Full loaded weight = 2 g
Energy expenditure = 8,72 kW
Max. Speed = 20 km/h
Full loaded weight = 49500 kg
Energy expenditure = 16760 kW
Max. Speed = 295 km/h
Relative energy flow
4.360.000 W/kg
Relative energy flow
338,6 W/kg
Do ponto de vista energético
a engenharia não é comparável à biologia
Locusta migratoria
Relative energy flow
4.360.000 W/kg
Os primórdios da bioenergética
Antiguidade
A chama da vida.
Vida = água, calor, ar e fogo.
Hipócrates
Doenças como manifestações dos 4 elementos.
Aristóteles
O quinto elemento: a alma da matéria.
Johann Joachim Becher (1667) e Georg Ernst Stahl (1703)
Flogístico (Princípio do fogo).
Antoine-Laurent de Lavoisier
(26 August 1743 – 8 May 1794)
Qual a natureza quimica dos gases
produzidos pela respiração?
Os experimentos das soluções
1) Hidróxido de bário
2) Acido Acetico
3) Salina
Há uma relação de proporcionalidade
entre a respiração e a combustão ?
Calorímetro de Lavoisier-La Place
Há uma relação de proporcionalidade
entre a respiração e a combustão ?
Há uma relação de proporcionalidade
entre a respiração e a combustão ?
“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)
Há uma relação de proporcionalidade
entre a respiração e a combustão ?
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”
Guilhotinado em 8 de Maio de 1794, pelo tribunal revolucionário
O fluxo de energia na biosfera
Os sistemas biológicos trocam energia
e matéria com o ambiente
Duas leis da termodinâmica
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
A espontaneidade de qualquer reação
depende da energia potencial do sistema
A espontaneidade de qualquer reação
depende da variação de energia livre de Gibbs
Entropia (S)
Energia Livre
de Gibbs (G)
DG = DH - TDS
Entalpia (H)
A energia livre de Gibbs depende
da variação de calor e desordem do sistema
Energia Livre de Gibbs (G)
Qdade de energia livre para realizar W
Espontaneidade das reações
DG < 0 (-) liberação energia = Exergonico
DG > 0 (+) absorção energia = Endergonico
DG = 0 Reação em equilibrio
(J/mol ou cal/mol)
Entalpia (H)
Qdade de calor num sistema (conteúdo térmico)
DH [ H produtos – H reagentes] < 0 (-) liberação calor = exotérmica
DH [ H produtos – H reagentes] > 0 (+) absorção calor = endotérmica
(J/mol ou cal/mol)
Entropia (S)
Grau de aleatoriedade ou desordem de um sistema.
DS [S produtos – S reagentes] < 0 (-) Menos desorganizados
DS [S produtos – S reagentes] > 0 (+) Mais desorganizados
(J/mol . K ou cal/mol . K)
Qual a relação existente entre a
variação de energia livre de Gibbs, a entalpia e a entropia?
Experimento de dissolução de cristais de KCl e NaOH
A variação de energia livre de Gibbs de uma reação
depende da razão de massa existente entre reagentes e produtos
A variação de energia livre de Gibbs de uma reação
depende da razão de massa existente entre reagentes e produtos
(O exemplo da hidrólise de ATP)
A variação de energia livre de Gibbs de uma reação
depende da razão de massa existente entre reagentes e produtos
(O exemplo da hidrólise de ATP)
No equilibrio...
ATP
ADP + Pi
A variação de energia livre de Gibbs de uma reação
depende da razão de massa existente entre reagentes e produtos
(O exemplo da hidrólise de ATP)
Uma questão filosófica da vida
sob a ótica termodinâmica
DG = DH - TDS
Qual a origem da energia nos sistemas biológicos?
Arginine : C6H15O2N4
MW 175
Glucose : C6H12O6
MW 180
Palmitoleic acid : CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH
MW 254
Corpo + O2
CO2 + H2O + Calor
Arginine : C6H15O2N4 = 2,5 H/C : 0,086 H/g
MW 175
Glucose : C6H12O6 = 2 H/C : 0,067 H/g
MW 180
Palmitoleic acid : CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH = 1,88 H/C : 0,12 H/g
MW 254
Corpo + O2
CO2 + H2O + Calor
O conteúdo calórico na oxidação completa
de diversos nutrientes
O fluxo energético durante o exercício físico
Estudo dirigido 1