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Aula 1 Termodinâmica aplicada a bioenergética. “Bioenergética” no Google 1.260.000 hits- 2011 1.350.000 hits -2014 Bioenergetics is the subject of a field.

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1 Aula 1 Termodinâmica aplicada a bioenergética

2 “Bioenergética” no Google 1.260.000 hits- 2011 1.350.000 hits -2014 Bioenergetics is the subject of a field of biochemistry that concerns energy flow through living systems. This is an active area of biological research that includes the study of thousands of different cellular processes such as cellular respiration and the many other metabolic processes that can lead to production and utilization of energy in forms such as ATP molecules.

3 “Bioenergética” no Google em 03 de Agosto de 2011 1.260.000 hits “Bioenergética” in www.ncbi.nih.gov/pubmed 379,166 hits 30 % dos sites referem-se a Bioenergética como ciência !!!

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5 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

6 Gafanhoto Migratório Locusta migratoria Máx. altitude = 2438 m Velocidade: 20 km/h

7 A mais recente “praga bíblica” O enxame de gafanhotos migratórios de 1987 no Egito

8 A mais recente “praga bíblica” O enxame de gafanhotos migratórios de 1987 DEZ DIAS DEPOIS …

9 Bolt é mais rápido, mas poderia correr 100 km por dia igual a um gafanhoto?

10 Full loaded weight = 49500 kg Energy expenditure = 16760 kW Max. Speed = 295 km/h Mil Mi-26 Do ponto de vista energético a engenharia não é comparável à biologia

11 Full loaded weight = 49500 kg Energy expenditure = 16760 kW Max. Speed = 295 km/h Mil Mi-26 Locusta migratoria Full loaded weight = 2 g Energy expenditure = 8,72 kW Max. Speed = 20 km/h Do ponto de vista energético a engenharia não é comparável à biologia

12 Full loaded weight = 49500 kg Energy expenditure = 16760 kW Max. Speed = 295 km/h Relative energy flow 338,6 W/kg Mil Mi-26 Locusta migratoria Full loaded weight = 2 g Energy expenditure = 8,72 kW Max. Speed = 20 km/h Relative energy flow 4.360.000 W/kg Do ponto de vista energético a engenharia não é comparável à biologia

13 Locusta migratoria Relative energy flow 4.360.000 W/kg Do ponto de vista energético a engenharia não é comparável à biologia

14 Os primórdios da bioenergética  Antiguidade A chama da vida. Vida = água, calor, ar e fogo.  Hipócrates (460 a.c.) Doenças como manifestações dos 4 elementos.  Aristóteles (384 a.c.) O quinto elemento: a alma da matéria.  Johann Joachim Becher (1667) e Georg Ernst Stahl (1703) Flogístico (Princípio do fogo). A matéria precisa de flogístico e ar para a sua combustão.

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

16 Qual a natureza quimica dos gases produzidos pela respiração? Experimento 1: Natureza química dos gases da respiração Experimento 2: Relação entre trabalho e a produção dos gases da respiracao

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18 Calorímetro de Lavoisier-La Place Há uma relação de proporcionalidade entre a respiração e a combustão ?

19 Há uma relação de proporcionalidade entre a respiração e a combustão ?

20 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)

21 Há uma relação de proporcionalidade entre a respiração e a combustão ? Guilhotinado em 8 de Maio de 1794, pelo tribunal revolucionário Corpo + O 2 CO 2 + H 2 O + Calor Lavoisier (Tratado de Quimica Elementar, 1789) Lei da conservação das massas: “Matéria não se cria nem se destroi, se transforma”

22 Corpo + O 2 CO 2 + H 2 O + Calor

23 O fluxo de energia na biosfera

24 Corpo + O 2 CO 2 + H 2 O + Calor

25 organismo + O 2 CO 2 + H 2 O + Calor Organsimo + O 2 CO 2 + H 2 O + Luz

26 Os sistemas biológicos trocam energia e matéria com o ambiente

27 1 a. Lei da termodinâmica: “Lei da conservação da energia”. Em um sistema fechado, o total de energia permanece constante. Três leis da termodinâmica

28 2 a. Lei da termodinâmica: “Nenhum processo natural ocorre a menos que seja companhado por um aumento da desordem do universo” Três leis da termodinâmica

29 3 a. Lei da termodinâmica: “A entropia de um cristal perfeito é zero quando a temperatura absoluta é zero (0 K)”.

30 1 a. 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 transforma” 2 a. Lei da termodinâmica: “Nenhum processo natural ocorre a menos que seja companhado por um aumento da desordem do universo” “A desordem de um sistema tende espontaneamente a aumentar”. Três leis da termodinâmica 3 a. Lei da termodinâmica: “A entropia de um cristal perfeito é zero quando a temperatura absoluta é zero (0 K)”.

31 CO 2 Excreta Calor H 2 O Nutrientes

32 Energia é a capacidade de um sistema realizar trabalho

33 A energia de cada alimento depende de que??

34 A espontaneidade de qualquer reação depende da energia potencial do sistema (  P)

35  G =  H - T  S Energia Livre de Gibbs (G) Entalpia (H) Entropia (S) A espontaneidade de qualquer reação depende da variação de energia livre de Gibbs Endergônica - Não-espontanea,  G > 0 Exergônica - SPONTANEOUS,  G < 0

36 A energia livre de Gibbs depende da variação de calor e desordem do sistema Ex. Reação química. As reações exotérmicas ocorrem espontaneamente devido a aumento do desordem Ou entropía (ΔS > 0) do sistema. Elas tem um fluxo de energia negativo (calor é perdido no meio) e a entalpia Diminui (ΔH < 0). No laboratório as reações exotérmicas produzem calor e podem ser explosivas!!!.

37 A energia livre de Gibbs depende da variação de calor e desordem do sistema

38 A energia livre de Gibbs depende da variação de calor e desordem do sistema Espontaneidade das reações

39 Qual a relação existente entre a variação de energia livre de Gibbs, a entalpia e a entropia? Condições favoráveisCondições desfavoráveis H < 0 H > 0 S > 0 S < 0

40 Perguntas: 1)Qual o sinal (+, 0 ou -) de  G,  H e  S da dissolução de NaOH ?

41 Perguntas: 1)Qual o sinal (+, 0 ou -) de  G,  H e  S da dissolução de KCl ?

42 Em condições de temperatura e pressão constante uma reação química tende a ocorrer na direção que leva a uma queda na energía livre de Gibbs A + B→ C + D

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44 Uma questão filosófica da termodinâmica e a vida... Atividade 01- due date: 13fev14.  G =  H - T  S

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46 ATP: “moeda” energética

47 Hidrólise do ATP

48 Energia livre de Gibbs G – energia livre de Gibbs H – entalpia S - entropia Equilíbrio: aA + bB cC + dD

49 Hidrólise da fosfocreatina = molécula de estoquagem de energia

50 Rotas metabólicas: conjunto de reação que produz ou degrada um determinado produto (substrato) ou cunjunto de produto ex: glicólise dois tipos de rotas: - catabólicas (onde há degradação, ou “quebra” de compostos); - anabólicas (que é a síntese, ou seja, formação de compostos). As vias catabólicas são acompanhadas por liberação de energia livre, enquanto o anabolismo requer energia para ser realizado.

51 Vias metabólicas

52 Vias catabólicas: convergentes Vias anabólicas: divergentes Algumas vias são cíclicas, ou seja, um precursor da via é regenerado por meio de uma série de reações.

53 CO 2 Excreta Calor H 2 O Nutrientes

54 Qual a origem da energia nos sistemas biológicos?

55 Avaliação 1: Relatório sobre o conteúdo energéticos dos alimentos Grupos de 3 alunos

56 1)Quais os nutrientes energéticos mais frequentes nos rótulos. 1)Qual o conteúdo calórico (cal/g) dos tres nutrientes energéticos mais frequentes Relatório com as respostas

57 Arginine : C 6 H 15 O 2 N 4 MW 175 Glucose : C 6 H 12 O 6 MW 180 Palmitoleic acid : CH 3 (CH 2 ) 5 CH=CH(CH 2 ) 7 COOH MW 254 Corpo + O 2 CO 2 + H 2 O + Calor

58 Arginine : C 6 H 15 O 2 N 4 = 2,5 H/C : 0,086 H/g MW 175 Glucose : C 6 H 12 O 6 = 2 H/C : 0,067 H/g MW 180 Palmitoleic acid : CH 3 (CH 2 ) 5 CH=CH(CH 2 ) 7 COOH = 1,88 H/C : 0,12 H/g MW 254 Corpo + O 2 CO 2 + H 2 O + Calor

59 O conteúdo calórico na oxidação completa de diversos nutrientes

60 O fluxo energético em diversas demandas energéticas

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