Ecologia: I sistemi ecologici

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)

Ambiente (resto dell’universo)

I sistemi biologici sono sistemi aperti caratterizzati da un flusso di materia: in entrata

(input) ed in uscita (output) a

Legge della conservazione dell’energia, 1 legge della termodinamica.

a

Legge dell’entropia, 2 legge della termodinamica.

Mantenimento del metabolismo lontano dalle condizioni di equilibrio:

analogia con un sistema idraulico

Una reazione chimica: rottura dei legami delle molecole dei reagenti

e formazione di nuovi legami

Energia Chimica

REAZIONI CHIMICHE reazione ESOERGONICA (-ΔG)

reazione ENDOERGONICHE (+ΔG)

CAMBIAMENTI DI ENERGIA ΔG = ΔH– TΔS

ΔH cambiamento di entalpia

ΔS cambiamento di entropia

C H O + 6O2 6CO2 + 6H2O

6 12 6

ΔG = - 686 Kcal/mol

Nel metabolismo, le reazioni esoergoniche sono utilizzate per

fornire energia a quelle endoergoniche tramite una molecola che

trasporta energia: ATP.

Una cellula compie tre tipi di lavoro lavoro meccanico

lavoro di trasporto

lavoro chimico

Cambiamenti energetici in reazioni esoergoniche ed

endoergoniche

Il ciclo dell’ATP

Struttura ATP (adenosintrifosfato)

ATP alimenta le reazioni endoergoniche nelle cellule tramite il trasferimento enzimatico del gruppo

fosfato a molecole accettori.

La rigenerazione dell’ ATP da ADP a fosfato è una reazione endoergonica alimentata 1) dalla

respirazione cellulare 2) dalla fotosintesi.

L’allontanamento dei prodotti terminali del metabolismo (es. CO espulso dalle cellule nell’ambiente)

2

impedisce agli organismi viventi di raggiungere l’equilibrio

Struttura e idrolisi dell’ATP

La complessità del metabolismo