Biochimica generale e dello sport

Energia

Capitolo 1: Compiere lavoro

Cinetica: associata al movimento

Potenziale: dipende dalla posizione o condizioni dell'oggetto

Forme di energia

• Cinetica
• Solare
• Termica
• Elettrica
• Potenziale
• Chimica
• Gravitazionale
• Nucleare

Le cellule hanno bisogno di energia per poter mantenere la propria organizzazione, per svilupparsi, crescere e riprodursi; più in dettaglio le cellule vanno incontro per:

• Compiere lavoro meccanico
• Compiere lavoro di traslazione
• Compiere lavoro di rotazione

Gli organismi autotrofi sono in grado di produrre l'energia che hanno teorizzato lo scambio dei sistemi. La vita è basata sulle trasformazioni e scambio d'energia tra sistemi biologici e ambiente. Le trasformazioni biochimiche spiegano le leggi della termodinamica.

Capitolo 1: Aspetti generali del metabolismo

Forme di energia e utilizzo cellulare

Cinetica: associata al movimento

Potenziale: dipende dalla posizione o condizione dell’oggetto

Forme di energia

• Cinetica
• Solare
• Termica
• Elettrica
• Potenziale
• Chimica
• Gravitazionale
• Nucleare

Le cellule hanno bisogno di energia per poter mantenere la propria organizzazione, per svolgere alcune reazioni; più in dettaglio, le cellule usano energia per:

• Compiere lavoro meccanico
• Compiere lavoro di trasporto
• Compiere lavoro di sintesi

Gli organismi autotrofi sono in grado di produrre energia, gli eterotrofi la ricavano dall’esterno. La vita è basata su trasformazioni e scambi di energia tra sistemi biologici e ambiente esterno. Le trasformazioni biochimiche riguardano la legge della termodinamica.

Il parametro variazione di energia libera di Gibbs (∆G) viene spesso utilizzato in sostituzione di quello dell'entropia per descrivere in termini termodinamici le reazioni chimiche. L'energia libera indica l'energia utile per compiere lavoro durante una trasformazione.

In una reazione chimica la variazione di energia libera rappresenta la differenza tra l'energia libera dei prodotti e quella dei reagenti (∆G = G prodotti - G reagenti) e rappresenta la quantità di lavoro che può essere generato a temperatura e pressione costanti dalla reazione stessa. Se la reazione chimica procede liberando energia, la ∆G è negativa (∆G<0) e la reazione viene definita reazione esogonica. Quando ∆G è positivo (∆G>0), la reazione progredisce guadagnando energia e viene definita reazione endoergonica. Se ∆G è vicino allo zero il sistema è vicino all'equilibrio a temperatura e pressione costanti; come avviene nei sistemi viventi, la relazione che unisce la variazione di energia libera alla variazione di entropia (∆S) è la seguente: ∆G = ∆H - T∆S, dove ∆H indica l'entalpia e T la temperatura.

L'entalpia (H) rappresenta il contenuto termico di un sistema e, in una reazione chimica, corrisponde all'energia interna ed ai legami chimici presenti nei reagenti e nei prodotti. Se il contenuto termico dei prodotti è inferiore a quello dei reagenti la ∆H ha valore negativo (reazione esotermica), ha valore positivo nel caso la reazione assorba calore dall'ambiente (reazione endotermica). Le reazioni spontanee sono caratterizzate da un incremento dell'entropia (rispetto ai parametri di termodinamica, ∆S>0) e sono, generalmente, esotermiche, ovvero ∆H ha valore negativo. In base alla correlazione che unisce ∆G a H e S possiamo dedurre che le reazioni spontanee si associano ad una ∆G negativa. Al contrario, i processi non spontanei hanno ∆G>0.

Per poter descrivere sperimentalmente le reazioni biochimiche, si utilizzano generalmente condizioni standard biologiche caratterizzate da temperatura = 293 K, pressione = 1 atmosfera, concentrazione dei reagenti = 1M e pH = 7. In queste condizioni la variazione di energia libera è definita variazione di energia libera standard biologica (ΔG°').

Le trasformazioni chimiche sono spesso reversibili, ovvero non appena i reagenti si trasformano nei prodotti, una parte dei prodotti inizia a ritrasformarsi nei reagenti. Ciò significa che una reazione chimica procede dallo stato iniziale fino al raggiungimento di uno stato di equilibrio, in cui la velocità di formazione dei reagenti eguaglia quella di formazione dei prodotti. Raggiunto l'equilibrio, il sistema diviene apparentemente statico e le concentrazioni dei reagenti o dei prodotti, se visti all'interno dell'asteria, non si modificano più. Lo stato di equilibrio di una reazione chimica è definito dal parametro costante di equilibrio (Keq) che rappresenta il rapporto tra le concentrazioni molari dei prodotti e concentrazioni molari dei reagenti una volta raggiunto l’equilibrio.