Termodinâmica aplicada a bioenergética

Apresentação em tema: "Termodinâmica aplicada a bioenergética"— Transcrição da apresentação:

1 Termodinâmica aplicada a bioenergética
Aula 1 Termodinâmica aplicada a bioenergética

2 “Bioenergética” no Google em 03 de Agosto de 2011
hits

3 “Bioenergética” no Google em 03 de Agosto de 2011 1.260.000 hits
“Bioenergética” AND “ATP” no Google em 03 de Agosto de 2011 hits 2,1 % 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

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

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

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

10 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 = kg Energy expenditure = kW Max. Speed = 295 km/h

11 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 Relative energy flow W/kg Full loaded weight = kg Energy expenditure = kW Max. Speed = 295 km/h Relative energy flow 338,6 W/kg

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

13 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).

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

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

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

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

19 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)

20 Corpo + O2 CO2 + H2O + Calor Há uma relação de proporcionalidade
entre a respiração e a combustão ? Corpo + O 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

21 Corpo + O CO2 + H2O + Calor

22 O fluxo de energia na biosfera

23 Corpo + O CO2 + H2O + Calor

24 Corpo + O CO2 + H2O + Calor Corpo + O CO2 + H2O + Luz

25 Os sistemas biológicos trocam energia e matéria com o ambiente

26 Três 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 transforma” 2a. 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”. 3a. Lei da termodinâmica: “A entropia de um cristal perfeito é zero quando a temperatura absoluta é zero (0 K)”.

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

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

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

30 CO2 Excreta Calor H2O Nutrientes

31 Cucujus clavipes

32 Cucujus clavipes - 150 oC

33 Spermophilus parryii Hibernates over winter and reduce its body temperatures from 37 °C to as little as −3 °C.

34 Energia é a capacidade de um sistema realizar trabalho

35 Energia é a capacidade de um sistema realizar trabalho

36 A espontaneidade de qualquer reação
depende da energia potencial do sistema

37 DG = DH - TDS A espontaneidade de qualquer reação
depende da variação de energia livre de Gibbs Entropia (S) DG = DH - TDS Energia Livre de Gibbs (G) Entalpia (H)

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

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

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

41 Qual a relação existente entre a variação de energia livre de Gibbs,
a entalpia e a entropia?

42 Qual o sinal (+, 0 ou -) de DG, DH e DS
Perguntas: Qual o sinal (+, 0 ou -) de DG, DH e DS da dissolução de NaOH ?

43 Qual o sinal (+, 0 ou -) de DG, DH e DS
Perguntas: Qual o sinal (+, 0 ou -) de DG, DH e DS da dissolução de KCl ?

44 A variação de energia livre de Gibbs de uma reação
depende da razão de massa existente entre reagentes e produtos

45 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)

46 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) No equilibrio... ADP + Pi ATP

47 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)

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49 Uma questão filosófica da
termodinâmica e a vida ... DG = DH - TDS

50 CO2 Excreta Calor H2O Nutrientes

51 Qual a origem da energia nos sistemas biológicos?

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

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

54 Corpo + O2 CO2 + H2O + Calor Arginine : C6H15O2N4 MW 175
Glucose : C6H12O6 MW 180 Palmitoleic acid : CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH MW 254 Corpo + O CO2 + H2O + Calor

55 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 + O CO2 + H2O + Calor

56 O conteúdo calórico na oxidação completa de diversos nutrientes

57 O fluxo energético em diversas demandas energéticas

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