Bioenergetica

G= H – T S

G (Joule/mol)

H (Joule(mol) : entalpia -> fa riferimento ai legami che caratterizzano un composto e che possono essere rotti

(reaz. Esotermica, es. combustione) o formati (reaz. Endotermica)

T: Temperatura in Kelvin ( 25° = 298K)

S : Entropia (joule/mo l k -1 )

Se G<0 la reazione si sposta verso destra ed è spontanea

Se G>0 la reazione avviene se viene fornita energia

Se H>0 e S>0 G<0

Se H<0 e S<0 G<0

I valori di H e S non predicono la spontaneità di una reazione, al contrario di G.

Energia libera,stabilità,ed equilibrio

L’energia libera è una misura dell’instabilità di un sistema, la sua tendenza a passare ad uno stato più stabile. Durante

un cambiamento spontaneo, l’energia libera diminuisce e la stabilità del sistema aumenta. Sottolineiamo che dentro la

cellula l’equilibrio termodinamico (ovvero lo stato di massima stabilità) non si raggiunge mai. La cellula vive infatti in

uno stato stazionario

Come varia G in una reazione non favorevole

Come si interviene in una reazione con G positivo? Si utilizza uno stratagemma: si accoppia la reazione sfavorevole

(dal punto di vista termodinamico) G>0 con una che ha G<0 in modo che sommandole algebricamente la somma

sia negativa e così facendo la reazione sfavorevole potrà avvenire. Ad esempio,un a.a che deve diventare proteina è

una reazione sfavorevole ma avviene.

Calcolo dell’energia libera in una reazione chimica

aA + bB cC + dD

Una reazione generica in cui a sinistra ho i reagenti e a destra i prodotti, si interrompe quando si raggiunge l’equilibrio.

La costante di equilibrio è : essa definisce lo stato di equilibrio. Il valore di G è proporzionale al

valore di Keq. Quando un sistema non è all’equilibrio,l’intensità della reazione che si muove verso l’equilibrio è

espressa dalla variazione di G della reazione.

La relazione tra Keq e G in condizioni STANDARD è descritta dalla seguente relazione: G° = -RT ln Keq o -

G=RT ln Keq

dove :

R= costante dei gas : 8,315 joule/mol T= temperatura in Kelvin(25° = 298K)

La Keq è direttamente proporzionale alla variazione G della reazione.

Se la Keq ha un valore >1 il valore di G diventa negativo; se Keq ha valore <1, il valore di G diventa positivo.

G in condizioni standard

Concentrazione: 1 M Temperatura: 298 K Pressione parziale di ogni gas : 1 atm Ph= 0

Se Keq >1, G è negativo , la reazione è spostata verso destra (prodotti)

Se Keq<1, G è positivo, la reazione è spostata verso sinistra (reagenti)

Se Keq=1, G=0 e si ha la condizione di equilibrio

Più Keq è positiva, più G è negativa

G’° in condizioni standard biochimiche

Concentrazione: 1 M Temperatura: 298 K Pressione parziale di ogni gas: 1 atm ph= 7

∆G°

Calcolo in condizioni standard: = - RT ln Keq G’° si può calcolare in KJ/mol o Kcal/ mol

Kj/4,184=Kcal

Calcolo in condizioni reali:

Dentro la cellula si parla di condizioni reali in quanto esistono delle variazioni. Con le condizioni reali, il valore di G

cambia.

Si può predire la quantità di energia che può essere rilasciata da una reazione redox?

Anche per le redox si possono fare le considerazioni viste in precedenza . Es. NADH + H+ + ½ O2 NAD+ +

H2O

Misura di E e G di una redox in condizioni standard

∆G° = - n F E° Se G>è una reazione che cede elettroni; se G<0 è una reazione che acquista elettroni

dove :

E= potenziale di ossidoriduzione

n= numero di elettroni trasferiti

F= costante di Faraday = 96,5 KJ/volt

Misura di E e G di una redox in condizioni reali

In questo caso si usa l’equazione di Nerst : descrive la relazione tra il potenziale di ossidoriduzione di una coppia

redox misurata in condizioni standard (E ° ) con il potenziale E misurato con concentrazioni di ossidanti e di riducenti

nel sistema.