Biochimica Termodinamica

Indice

• Concetti di base della termodinamica
• Significato fisico delle proprietà termodinamiche
• pH e lo stato standard
• Effetto della concentrazione
• Processi accoppiati
• Biomolecole ad alta energia

Principi di base della bioenergetica

• L'energia non può essere né creata né distrutta
• La prima legge della termodinamica non ci è di molto aiuto…
• La biochimica è una dura lotta contro il caos
• Seconda legge della termodinamica ed entropia

Concetti di base

Il sistema: porzione dell'universo sotto esame

L'ambiente: tutto il resto

• Sistema isolato non scambia né materia né energia con l'ambiente
• Sistema chiuso può scambiare energia con l'ambiente
• Sistema aperto può scambiare sia energia che materia con l'ambiente

L'energia non può essere né creata né distrutta (1^o legge della termodinamica)

• Ma può essere convertita in diverse forme:
  • L'energia chimica può essere trasformata in energia termica
  • L'energia potenziale in energia cinetica
  • L'energia luminosa può essere convertita in nuovi legami chimici mediante il processo della fotosintesi.
• In un sistema isolato l'energia del sistema è conservata: ΔE = 0
• In un sistema chiuso, come in uno aperto, la somma dell'energia del sistema e del suo ambiente è costante: ΔE + ΔE_sa = 0

La prima legge della termodinamica

L'energia totale di un sistema isolato è conservata.

• E (o U) è l'energia interna - una funzione che si riferisce al lavoro compiuto sul sistema ed al calore trasferito dal sistema
• E è il calore scambiato a volume costante
• E è indipendente dal percorso: ΔE = E₂ - E₁ = q + w
• q è il calore assorbito dal sistema
• w è il lavoro fatto sul sistema (w = -PΔV)

Entalpia

Una funzione per una trasformazione a pressione costante

• H = E + PV
• ΔH = q - PΔV + PΔV
• Se P è costante, ΔH = q
• È il calore assorbito a P costante
• Volume è approssimativamente costante per le reazioni biochimiche in soluzione, per cui ΔH è approssimativamente uguale a ΔE

La 1^o legge della termodinamica non è di molto aiuto…

Cosa impedisce ad un cubetto di ghiaccio scongelato di ricongelarsi spontaneamente?