Ecologia: I sistemi ecologici

I sistemi

Sistemi abiotici e biotici

• Sistemi abiotici
• Sistemi biotici
• Materia ed energia

Materia ed energia

Materia è "qualsiasi cosa provvista di massa che occupa uno spazio."

Energia è definita come la capacità di compiere lavoro, cioè di cambiare il modo in cui è disposta una serie di entità materiali.

Tipi di energia

• Energia cinetica
• Energia potenziale (energia chimica è energia potenziale depositata nella struttura delle molecole)

Sistemi e ambiente

Sistema (campione di materia) e ambiente (resto dell'universo).

Un sistema è "un insieme di fattori interagenti": subinsiemi interagenti (principio delle proprietà emergenti).

• Aperto: scambia materia ed energia con l’esterno, es. una pianta
• Chiuso: scambia solo energia con l’esterno, es. pianeta Terra
• Isolato: non ha scambi con l’esterno, es. il thermos (concetto teorico)

Trasformazioni energetiche

Termodinamica

• Legge della conservazione dell’energia, 1^a legge della termodinamica
• Legge dell’entropia, 2^a legge della termodinamica

Trasformazioni tra energia cinetica ed energia potenziale

Relazione tra: energia libera e stabilità, trasformazioni spontanee e lavoro

Disequilibrio e lavoro in sistemi chiusi e aperti

• Un sistema idroelettrico chiuso
• Un sistema idroelettrico aperto
• Un sistema idroelettrico aperto a più tappe

Sistemi biologici

Trasformazioni energetiche

Termodinamica

Sistema (campione di materia) e ambiente (resto dell'universo)

I sistemi biologici sono sistemi aperti caratterizzati da un flusso di materia: in entrata (input) ed in uscita (output).

• Legge della conservazione dell’energia, 1^a legge della termodinamica
• Legge dell’entropia, 2^a legge della termodinamica

Mantenimento del metabolismo lontano dalle condizioni di equilibrio: analogia con un sistema idraulico.

Reazioni chimiche

Una reazione chimica: rottura dei legami delle molecole dei reagenti e formazione di nuovi legami

Energia chimica

Tipi di reazioni chimiche

• Reazione esoergonica (-ΔG)
• Reazione endoergonica (+ΔG)

Cambiamenti di energia: ΔG = ΔH – TΔS

• ΔH: cambiamento di entalpia
• ΔS: cambiamento di entropia

Metabolismo

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O ΔG = -686 Kcal/mol

Nel metabolismo, le reazioni esoergoniche sono utilizzate per fornire energia a quelle endoergoniche tramite una molecola che trasporta energia: ATP.

Tipi di lavoro cellulare

• Lavoro meccanico
• Lavoro di trasporto
• Lavoro chimico

Il ciclo dell'ATP

Cambiamenti energetici in reazioni esoergoniche ed endoergoniche.

Struttura ATP (adenosintrifosfato): ATP alimenta le reazioni endoergoniche nelle cellule tramite il trasporto di energia.