Fisica do Corpo Humano ( ) Prof. Adriano Mesquita Alencar Dep. Física Geral Instituto de Física da USP B02. Energia Aula 6

Transcrição

1 Fisica do orpo umano ( ) rof. Adriano Mesquita Alencar Dep. Física Geral Instituto de Física da US B02 Energia Aula 6

2 rincípios Físicos Aplicados à Fisiologia (GF5306-1)

3 Entalpia, = U + RT n R, é uma constante universal, J/K mol Em um experimento dessa bomba de calorímetro com Etanol, a 298K e volume constante, 1368 kj/mol de calor é liberado 2 5 (`)+3 2 (g)! 2 2 (g)+3 2 (`)

4 Entalpia, = U + RT n = U n = U n 2 5 (`)+3 2 (g)! 2 2 (g)+3 2 (`) n =2 3=1 = (J/mol) Se a variação de entalpia é negativo o processo é exotérmico. aso contrario o processo é endotérmico

5 Entalpia, 2 5 (`)+3 2 (g)! 2 2 (g)+3 2 (`) +3( ) +2( ) + 3 ( ) Liquido para Gas = 277 ((5* )+277)+3*498 Liquido para Gas = 41 (2*2*805+6*464+(3*41)) Δ ο = (saindo do estado liquido) Δ ο = (estado gasoso para todos) Δ ο = kj/mol (Valor de Tabela)! 346 =! 602! 415! 436 =! 498 =! 1077 em Monoxido =! 805 em Dioxido! 358! 464 l! 432

6 2 5 (`)+3 2 (g)! 2 2 (g)+3 2 (`) +3( ) +2( ) + 3 ( ) átomos +3( ) Entalpia gás liquido gás +3( ) gás ( ) + 3 ( gás gás 2( ) + 3 ( ) ) gás liquido

7 Bioquímica Aproximadamente 1/2 da massa seca do corpo humano é de proteinas estado nativo das proteínas é folded, empacotado - uma espécie de cristal orgânico Mesmo nesse estado existe flutuação na estrutura do caroço central. Estado empacotado - parecido com solido Estado desempacotado - parecido com liquido

8 Fig Differential scanning calorimetry. (A) Schematic diagram of the instrument. In this case the reference cell contains buffer only, and the sample cell contains the macromolecule dissolved in buffer. Both cells are heated very slowly (e.g. 1 min 1 ) in order to maintain equilibrium, and feedback electronic circuitry is used to add heat so that 1T 0 throughout the experiment. ther types of DS have been used for other purposes in biophysics, for example, to investigate the physiological limits of the freeze tolerance and freeze-avoidance strategies taken by different insect species to survive subzero temperatures. (B) Data. The heat added to keep 1T 0 can be plotted as a function of temperature. The endothermic peak corresponds to heat absorbed, for example, on protein denaturation. The peak maximum corresponds roughly to the transition temperature, or melting temperature. The area below the peak is 1 d (T m ). The heat capacity of the unfolded state of a protein minus the heat capacity of the folded state is 1 p,d. There is more about DS in hapter 5.

9 Fig. 2.7 Enthalpy of unfolding of hen egg white lysozyme as a function of transition temperature. Filled symbols: intact lysozyme. pen symbols: lysozyme in which one of the four native disulfide bonds has been removed. When folded, 3-SS lysozyme closely resembles the native state of intact lysozyme. hange in transition temperature was induced by a change of p. Note that 1 is approximately linear in Tm. The data are from ooper et al. (1991).

10 Energias Energias mais relevantes para sistemas biológicos: 1. Energia Química 2. Energia Mecânica 3. Energia Eletromagnética 4. Energia Térmica Fotossíntese

11 Energias Energias mais relevantes para sistemas biológicos: Movimento Browniano 1. Energia Química 2. Energia Mecânica 3. Energia Eletromagnética 4. Energia Térmica Deterministicas Térmicas A razão entre a escalas derteminísticas e termicas é: Forcas no interior da célula E det /k B T

12 A razão entre a escalas derteminísticas e termicas é: E det /k B T k B T =4.1pNnm = 0.6 kcal/mol = 2.5 kj/mol = 25 mev Electrostatic energy of a spherical shell Bending of a 20:1 rod ENERGY (joules) roton Nucleus hemical bonds Fracture of a 20:1 rod Thermal energy Binding energy of an electron in a box LENGT (meters) Maquinaria molecular: Ligação de idrogênio (quadrado), grupos de fosfato em AT (triângulo), ligações covalentes (círculo), energia de torção (azul), energia de fratura (verde), energia eletrostática (laranja). [Rob hillips and Stephen R. Quake, hysics Today (2006)]

13 Geração de Energias

14 Geração de Energias yruvate possui grande valor energético e pode ser utilizado para produzir mais AT. Assim, uma molécula de glicose pode gerar até 30 ATs.

15 Armazenamento de Energias k B T =4.1pNnm = 0.6 kcal/mol = 2.5 kj/mol = 25 mev! 346 kj/mol =! 602! 415! 436 =! 498 AT i AD AT + 2! AD + i 30.5 > G o > 50 kj/mol

16 A. AT: structure hosphoric acid anhydride bonds hosphoric acid ester bond N 2 N-glycosidic bond γ 1. Formula β α 2 N N N N Adenine β Mg 2. Mg 2 -omplex α 2 γ β α hosphate residue Ribose Adenosine B. ydrolysis energies G I kj mol AD AT + AM AT + Adenosine AT + 1 ositive Neutral Negative ydrolysis energies 2. AT: charge density. Types of AT formation Koolman, olor Atlas of Biochemistry, 2nd edition 2005

17 AT-AD ~ varias tipos de reações bioquímicas AT-AD ~ 20 kbt Ligação covalente típica ~ 150 kbt NAD ~ 2 AT NAD ~ 2 AT!!