Termodinâmica aplicada a bioenergética 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

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

A mais recente “praga bíblica” O enxame de gafanhotos migratórios de 1987

DEZ DIAS DEPOIS … 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 Relative energy flow 4.360.000 W/kg Full loaded weight = 49500 kg Energy expenditure = 16760 kW Max. Speed = 295 km/h 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)

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

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)

Corpo + O2 CO2 + H2O + Calor 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

Corpo + O2 CO2 + H2O + Calor

Corpo + O2 CO2 + H2O + Calor Corpo + O2 CO2 + H2O + Luz

Os sistemas biológicos trocam energia e matéria com o ambiente

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)”.

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

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

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

CO2 Excreta Calor H2O Nutrientes

Cucujus clavipes

Cucujus clavipes - 150 oC

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

Energia é a capacidade de um sistema realizar trabalho

Energia é a capacidade de um sistema realizar trabalho

A espontaneidade de qualquer reação depende da energia potencial do sistema

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)

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

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

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

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

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 ?

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 ?

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)

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

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 termodinâmica e a vida ... DG = DH - TDS

CO2 Excreta Calor H2O Nutrientes

Qual a origem da energia nos sistemas biológicos?

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

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

Corpo + O2 CO2 + H2O + Calor 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