Aula 1 Termodinâmica aplicada a bioenergética “Bioenergética” no Google em 03 de Agosto de 2011 1.260.000 hits “Bioenergética” no Google em 03 de Agosto de 2011 1.260.000 hits “Bioenergética” AND “ATP” no Google em 03 de Agosto de 2011 27.000 hits 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 DEZ 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 Corpo + O2 CO2 + H2O + Calor 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 visão filosófica termodinâmica DG = DH - TDS Qual a origem da energia nos sistemas biológicos? Avaliação 1: Relatório sobre os rótulos 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 em diversas demandas energéticas Avaliação 2: ESTUDO DIRIGIDO 1