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Reações endergônicas e exergônicas # - Biologia

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Reações endergônicas e exergônicas

Para reações com ∆G <0, os produtos da reação têm menos energia livre do que os reagentes. As reações que têm um ∆G negativo são denominadas reações exergônicas. Entender quais reações químicas são espontâneas é extremamente útil para biólogos que estão tentando entender se uma reação provavelmente "irá" ou não.

É importante notar que o termo "espontâneo" - no contexto da termodinâmica - NÃO implica nada sobre a rapidez com que a reação ocorre. A mudança na energia livre apenas descreve a diferença entre os estados inicial e final, NÃO o quão rápido essa transição ocorre. Isso é um tanto contrário ao uso cotidiano do termo, que geralmente carrega o entendimento implícito de que algo acontece rapidamente. Por exemplo, a oxidação / ferrugem do ferro é uma reação espontânea. No entanto, um prego de ferro exposto ao ar não enferruja instantaneamente - pode levar anos.

Uma reação química com um ∆G positivo significa que os produtos da reação têm uma energia livre maior do que os reagentes (veja o painel direito da Figura 1). Essas reações químicas são chamadas reações endergônicas, e eles NÃO são espontâneos. Uma reação endergônica não ocorrerá por si mesma, sem a transferência de energia para a reação ou o aumento da entropia em algum outro lugar.

Figura 1. As reações exergônicas e endergônicas resultam em alterações na energia livre de Gibbs. Em uma reação exergônica, a energia livre dos produtos é menor que a dos reagentes; enquanto isso, em uma reação endergônica, a energia livre dos produtos é maior do que a dos reagentes. Atribuição: Marc T. Facciotti (trabalho próprio)

A construção de moléculas complexas, como os açúcares, a partir de outras mais simples é um processo anabólico e endergônico. Por outro lado, o processo catabólico, como a quebra do açúcar em moléculas mais simples, é geralmente exergônico. Como o exemplo da ferrugem acima, embora a quebra das biomoléculas seja geralmente espontânea, essas reações não ocorrem necessariamente de forma instantânea (rapidamente). Lembre-se de que os termos endergônico e exergônico referem-se apenas à diferença de energia livre entre os produtos e reagentes; eles não informam sobre a taxa da reação (a rapidez com que acontece). A questão da taxa será discutida em seções posteriores.

Um conceito importante no estudo do metabolismo e da energia é o do equilíbrio químico. A maioria das reações químicas é reversível. Eles podem proceder em ambas as direções, muitas vezes transferindo energia para o ambiente em uma direção e transferindo energia do ambiente na outra direção. O mesmo é verdadeiro para as reações químicas envolvidas no metabolismo celular, como a quebra e a formação de proteínas em e a partir de aminoácidos individuais, respectivamente. Os reagentes em um sistema fechado sofrerão reações químicas em ambas as direções até que um estado de equilíbrio seja alcançado. Este estado de equilíbrio é um dos estados de energia livre mais baixos possíveis e é um estado de entropia máxima. Equilíbrio em uma reação química está o estado em que tanto os reagentes quanto os produtos estão presentes em concentrações que não apresentam tendência de alteração com o tempo. Normalmente, esse estado ocorre quando a reação direta prossegue na mesma taxa da reação reversa. NOTE ESTA ÚLTIMA DECLARAÇÃO! Equilíbrio significa que as concentrações relativas de reagentes e produtos não estão mudando com o tempo, MAS NÃO significa que não há interconversão entre substratos e produtos - significa apenas que quando o (s) reagente (s) são convertidos em produto (s) esse produto (s) são convertidos em reagente (s) a uma taxa igual (ver Figura 2).

Um rebalanceamento das concentrações de substrato ou produto (adicionando ou removendo substrato ou produto) ou uma mudança positiva na energia livre, normalmente pela transferência de energia de fora da reação, é necessária para mover uma reação fora de um estado de equilíbrio. Em uma célula viva, a maioria das reações químicas não atinge um estado de equilíbrio - isso exigiria que atingissem seu estado de energia livre mais baixo. Portanto, a energia é necessária para manter as reações biológicas fora de seu estado de equilíbrio. Desse modo, os organismos vivos estão em uma batalha constante, que exige energia e é difícil contra o equilíbrio e a entropia.

Figura 2. Em equilíbrio, não pense em um sistema estático e imutável. Em vez disso, imagine moléculas movendo-se em quantidades iguais de uma área para outra. Aqui, em equilíbrio, as moléculas ainda se movem da esquerda para a direita e da direita para a esquerda. O movimento líquido, entretanto, é igual. Ainda haverá cerca de 15 moléculas em cada lado deste frasco uma vez que o equilíbrio seja alcançado. Fonte: https://courses.candelalearning.com/...apter/entropy/


Vias metabólicas

O metabolismo do açúcar é um exemplo clássico de um dos muitos processos celulares que usam e produzem energia. Os seres vivos consomem açúcar como a principal fonte de energia devido à alta energia armazenada em suas ligações. Durante a fotossíntese, as plantas usam energia solar para converter o gás dióxido de carbono (CO2) em moléculas de açúcar (como glicose: C6H12O6) O oxigênio é produzido como um produto residual. Esta reação é resumida como:

Requer entrada de energia para prosseguir. Durante a fotossíntese, a energia é fornecida pelo trifosfato de adenosina (ATP), a principal moeda de energia de todas as células. Assim como o dólar é usado como moeda para comprar mercadorias, as células usam moléculas de ATP como moeda de energia para realizar o trabalho. Durante a respiração celular, a glicose é usada como fonte de energia. Pode ser resumido pela reação reversa à fotossíntese. Nessa reação, o oxigênio é consumido e o dióxido de carbono é liberado como um produto residual. A reação é resumida como:

Embora simplificadas, ambas as reações envolvem muitas etapas. Uma via metabólica é uma série muito organizada de reações químicas interligadas. Dois processos opostos estão envolvidos. As vias anabólicas requerem entrada de energia para produzir moléculas grandes (polímeros). As vias catabólicas liberam energia quebrando os polímeros em suas moléculas menores (monômeros). Consequentemente, o metabolismo é composto de síntese (anabolismo) e degradação (catabolismo) (Figura 2).

Figura 2. Vias catabólicas são aquelas que geram energia quebrando moléculas maiores. As vias anabólicas são aquelas que requerem energia para sintetizar moléculas maiores. Ambos os tipos de vias são necessários para manter o equilíbrio de energia da célula.


Equilíbrio químico

Um conceito importante no estudo do metabolismo e da energia é o do equilíbrio químico. A maioria das reações químicas é reversível. Eles podem proceder em ambas as direções, liberando energia em seu ambiente em uma direção e absorvendo-a do ambiente na outra direção (veja a imagem abaixo).

As reações exergônicas e endergônicas resultam em alterações na energia livre de Gibbs. As reações exergônicas liberam energia. As reações endergônicas requerem energia para prosseguir. Crédito da imagem: OpenStax Biology

O mesmo é verdadeiro para as reações químicas envolvidas no metabolismo celular, como a quebra e a formação de proteínas em e a partir de aminoácidos individuais, respectivamente. Os reagentes em um sistema fechado sofrerão reações químicas em ambas as direções até que um estado de equilíbrio seja alcançado. Este estado de equilíbrio é um dos mais baixos possíveis de energia livre e um estado de entropia máxima.

A energia deve ser colocada no sistema para empurrar os reagentes e produtos para longe de um estado de equilíbrio. Os reagentes ou produtos devem ser adicionados, removidos ou alterados. Se uma célula fosse um sistema fechado, suas reações químicas atingiriam o equilíbrio e ela morreria porque não haveria energia livre suficiente para realizar o trabalho necessário para manter a vida.

Em uma célula viva, as reações químicas estão constantemente se movendo em direção ao equilíbrio, mas nunca o alcançam. Isso ocorre porque uma célula viva é um sistema aberto. Os materiais entram e saem, a célula recicla os produtos de certas reações químicas em outras reações e o equilíbrio químico nunca é alcançado. Desse modo, os organismos vivos estão em uma batalha constante, que exige energia, contra o equilíbrio e a entropia. Esse suprimento constante de energia, em última análise, vem da luz solar, que é usada para produzir nutrientes no processo de fotossíntese.

Animação em vídeo que descreve o equilíbrio químico

Quando as moléculas colidem, podem ocorrer reações químicas. Isso causa grandes mudanças estruturais, semelhantes a colocar um novo braço em seu rosto. Neste vídeo TED-Ed, George Zaidan e Charles Morton imaginam de forma divertida os sistemas químicos como ruas movimentadas da cidade, e as moléculas em colisão dentro delas como seus bichos comuns que trocam de membros.

[Atribuições e licenças]

Este artigo modificado está licenciado sob uma licença CC BY-NC-SA 4.0.

Observe que o (s) vídeo (s) nesta lição são fornecidos sob uma licença padrão do YouTube.


Exemplos de endergônico nos seguintes tópicos:

Energia livre

  • Essas reações químicas são chamadas endergônico reações são não espontâneas.
  • Um endergônico a reação não ocorrerá por si só, sem a adição de energia livre.
  • Portanto, as reações químicas envolvidas nos processos anabólicos são endergônico reações.
  • Exergônico e endergônico as reações resultam em mudanças na energia livre de Gibbs.
  • As reações exergônicas liberam energia endergônico as reações requerem energia para prosseguir.

Energia de ativação

  • A energia de ativação deve ser considerada ao analisar ambos endergônico e reações exergônicas.
  • As células às vezes acoplarão uma reação exergônica $ ( Delta G 0) $, permitindo que prossigam.
  • A energia livre liberada pela reação exergônica é absorvida pelo endergônico reação.
  • Se a reação é exergônica (ΔG 0) determina se os produtos no diagrama existirão em um estado de energia inferior ou superior do que os reagentes.
  • Nisso endergônico reação, a energia de ativação ainda é necessária para transformar os reagentes A + B no produto C.

ATP: Trifosfato de Adenosina

  • As células acoplam a reação exergônica de hidrólise de ATP com endergônico reações para aproveitar a energia dentro das ligações do ATP.
  • ATP fornece a energia para ambos os consumidores de energia endergônico reações e reações exergônicas de liberação de energia, que requerem uma pequena entrada de energia de ativação.
  • As células acoplam a reação exergônica de hidrólise de ATP com o endergônico reações de processos celulares.
  • Ao doar energia gratuita para a bomba Na + / K +, a fosforilação impulsiona o endergônico reação.
  • Neste exemplo, a reação exergônica de hidrólise de ATP é acoplada com o endergônico reação de conversão de glicose para uso na via metabólica.

ATP no metabolismo

  • Desta forma, o ATP é uma ligação direta entre o conjunto limitado de vias exergônicas do catabolismo da glicose e a multiplicidade de endergônico caminhos que alimentam as células vivas.
  • Durante um endergônico Na reação química, o ATP forma um complexo intermediário com o substrato e a enzima na reação.
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Reações exergônicas e endergônicas - Artigo de pesquisa do World of Biology

Exergônico se refere a reações químicas que ocorrem espontaneamente dos reagentes aos produtos com a liberação de energia. As reações endergônicas requerem entrada de energia para prosseguir. Embora os termos sejam frequentemente usados ​​de forma bastante vaga, eles são conceitos termodinâmicos precisamente definidos com base nas mudanças em uma entidade chamada energia livre de Gibbs (G) que acompanha as reações. As reações em que diminui -G são exergônicas, e aquelas em que aumenta -G são endergônicas. As reações exergônicas freqüentemente envolvem a quebra de compostos orgânicos encontrados nos alimentos, enquanto as reações endergônicas freqüentemente envolvem a síntese de moléculas complicadas. O metabolismo biológico contém muitos exemplos de ambos os tipos, e os organismos vivos desenvolveram técnicas elaboradas para acoplar os dois.

Embora um -G negativo indique que a energia deve ser adicionada ao sistema antes que uma reação ocorra, ele não nos diz nada sobre a taxa em que irá progredir. Como costuma acontecer, pode ocorrer muito lentamente se uma energia de ativação substancial for necessária para iniciar a reação. Os organismos vivos encontraram uma maneira de contornar esse problema, formando catalisadores de proteínas, chamados de enzimas, que reduzem efetivamente a quantidade de energia de ativação necessária e permitem que a reação prossiga a uma taxa satisfatória. As enzimas não afetam a energia livre da reação e não permitirão que ocorram reações que não sejam energeticamente viáveis.

Ao acoplar as reações exergônicas e endergônicas, os organismos são capazes de usar a energia disponível nos alimentos que consomem para construir proteínas, lipídios, ácidos nucléicos e carboidratos complexos necessários para seu crescimento e desenvolvimento. Um exemplo bem conhecido envolve o acoplamento da formação de trifosfato de adenosina rico em energia (ATP) a partir de difosfato de adenosina (ADP) e fosfato (uma reação endergônica), com a transferência de hidrogênio, removido de materiais alimentares orgânicos, para o oxigênio (uma reação exergônica ) O processo é denominado fosforilação oxidativa. A energia armazenada em ATP pode ser usada subsequentemente quando a conversão exergônica de ATP de volta em ADP e fosfato é acoplada com a síntese endergônica de um componente celular necessário.


O que você aprenderá:

Mesmo que as reações exergônicas sejam espontâneas, a reação ocorrerá em uma taxa observável. A desproporção de peróxido de hidrogênio libera energia livre em uma taxa muito lenta se os catalisadores específicos não estiverem presentes. O endergônico e o exergônico baseiam-se na alteração da energia livre. As reações exotérmicas e endotérmicas dependem da alteração da entalpia em um sistema fechado associada à absorção ou liberação de calor. As reações químicas exotérmicas são principalmente exotérmicas devido à quebra de ligações químicas e liberação de energia. Catabolismo se refere às reações nas quais as ligações químicas são quebradas durante o metabolismo.


Exergônico, Endergônico e Entropia!

Se a reação for espontânea (Exergônica), isso significa que a entropia deve aumentar?

1. Os gases oxigênio e hidrogênio podem reagir juntos para formar água. A entropia dos dois gases é maior do que a entropia da água líquida, então a entropia parece diminuir. No entanto, a reação é espontânea. Explique a aparente contradição.

Para qualquer reação exergônica (espontânea), a entropia do universo aumentará. É muito viável que a entropia do sistema reagente diminua, mas ainda assim, a entropia do entorno aumentará mais do que a diminuição da entropia do sistema. O congelamento de água abaixo de 0 ° C é um exemplo muito bom. Obviamente, este é um processo espontâneo - você pode testemunhar sua ocorrência. À medida que a água líquida congela, a entropia das moléculas de água diminui muito. No entanto, para congelar a água líquida, o calor deve ser removido da água. Esse calor aumenta a entropia das moléculas de ar circundantes mais do que a entropia da água diminui. Portanto, a entropia total do universo aumenta durante esse processo espontâneo.

Nessa reação, muito calor é liberado quando H2 e O2 reagem para formar água líquida. Esse calor aumenta a entropia das moléculas ao redor da água mais do que a entropia do H2 e O2 diminui à medida que forma água.


Reações exergônicas

Estas reações são reações irreversíveis que ocorrem espontaneamente na natureza. Por espontâneo, significa pronto ou ansioso para acontecer com muito poucos estímulos externos. Exemplo é a combustão do sódio quando exposto ao oxigênio presente na atmosfera. A queima de um tronco é outro exemplo de reações exergônicas. Essas reações liberam mais calor e são chamadas de reações favoráveis ​​no campo da termodinâmica química. A energia livre de Gibbs é negativa sob temperatura e pressão constantes, o que significa que mais energia é liberada em vez de absorvida. Estas são reações irreversíveis.

A respiração celular é um exemplo clássico de reação exergônica. Cerca de 3012 kJ de energia são liberados quando uma molécula de glicose é convertida em dióxido de carbono. Esta energia é utilizada pelos organismos para outras atividades celulares. Todas as reações catabólicas, ou seja, a quebra de moléculas grandes em moléculas menores, é uma reação exergônica. Por exemplo - a quebra de carboidratos, gorduras e proteínas liberou energia para os organismos vivos trabalharem.

Algumas reações exergônicas não ocorrem espontaneamente e requerem uma pequena entrada de energia para iniciar a reação. Essa entrada de energia é chamada de energia de ativação. Uma vez que o requisito de energia de ativação é atendido por uma fonte externa, a reação prossegue para quebrar ligações e formar novas ligações e energia é liberada conforme a reação ocorre. Isso resulta em um ganho líquido de energia no sistema circundante e uma perda líquida de energia do sistema de reação.


O que é endergônico

Endergônica é um tipo de reação que possui energia livre de Gibbs positiva. A energia livre de Gibbs é um potencial termodinâmico usado para prever se uma reação química é espontânea ou não. Uma energia livre de Gibbs negativa indica uma reação espontânea. No caso de reações endergônicas, a energia livre de Gibbs é um valor positivo, o que indica que se trata de uma reação não espontânea. As reações não espontâneas também podem ser chamadas de reações desfavoráveis.

A energia livre de Gibbs da reação endergônica é um valor positivo quando calculada usando a seguinte relação termodinâmica.

ΔG = ΔH & # 8211 TΔS

Onde, ΔG é a energia livre de Gibbs

T é a temperatura do sistema

Figura 1: Diagrama de energia para uma reação endergônica

Em uma reação não espontânea, a energia deve ser fornecida de fora para a progressão da reação. Então, a energia dos produtos passa a ter um valor superior ao da energia dos reagentes. Por esse motivo, a mudança na entalpia é um valor positivo (a mudança na entalpia é a diferença entre as entalpias de produtos e reagentes). Uma vez que novos produtos são formados, a entropia do sistema é diminuída. Então, de acordo com a equação acima, o ΔG é um valor positivo. As reações endergônicas incluem reações endotérmicas.


Vida vegetal

A principal fonte de energia para a vida na Terra é o sol, que é a fonte de energia para a fotossíntese: o processo biológico que transforma a energia radiante em energia química. A energia química é armazenada em moléculas biológicas, que podem ser usadas como combustível para suprir as necessidades de energia de um organismo.

Essas moléculas biológicas incluem açúcares (ou carboidratos), proteínas e lipídios (ou gorduras). Nas reações do metabolismo, muitos tipos de moléculas são sintetizados (anabolismo) e muitos são decompostos (catabolismo). Mudanças no conteúdo de energia ocorrem em todas essas reações.


Bioenergética é a ciência que estuda a descrição dos mecanismos básicos que regem a transformação e o uso da energia pelos organismos. Um princípio básico da bioenergética é que nenhuma reação química pode ser 100% eficiente em termos de energia. Em outras palavras, em todas as reações há alguma transferência de energia, mas parte dela sempre é perdida na forma de calor.

A energia (geralmente medida em calorias) contida na estrutura molecular de um composto é chamada de energia livre de Gibbs (em homenagem a Josiah Willard Gibbs, 1839-1903, que fundou a disciplina das ciências físicas) e é a energia disponível para realizar o trabalho.

A diferença entre a energia livre dos produtos e a energia livre dos reagentes em uma reação química é chamada de mudança na energia livre e é fundamental para determinar se uma reação pode ocorrer espontaneamente. Se a mudança na energia livre for negativa, a energia é liberada e o conteúdo de energia livre é menor nos produtos do que nos reagentes.

Essas reações são consideradas exergônicas. Por outro lado, se a variação da energia livre for positiva, a reação é considerada endergônica e não espontânea (ou seja, as reações endergônicas requerem uma fonte de energia para que ocorram).

Muitas reações celulares são endergônicas e não podem ocorrer espontaneamente. No entanto, as células podem facilitar as reações endergônicas usando a energia liberada por outras reações exergônicas, um processo denominado acoplamento de energia.

Como exemplo, considere uma reação endergônica comum em plantas nas quais glicose e frutose são unidas para formar sacarose. Para permitir que essa reação ocorra, ela é acoplada a uma série de outras reações exergônicas como segue:

glicose + trifosfato de adenosina (ATP) & # 8594 glicose-p + ADP

frutose + ATP & # 8594 frutose-p + difosfato de adenosina (ADP)

glicose-p + frutose-p & # 8594 sacarose + 2 Peu(fosfato inorgânico)

Portanto, embora a produção de sacarose a partir da glicose e da frutose seja uma reação endergônica, todas as três reações anteriores são exergônicas. Isso é representativo da maneira como as células facilitam as reações endergônicas.

A principal molécula envolvida no fornecimento de energia para as reações celulares endergônicas ocorrerem é o trifosfato de adenosina, ou ATP, a mesma molécula usada no exemplo acima.

O ATP é normalmente produzido pela união de um fosfato inorgânico ao difosfato de adenosina (ADP), que é uma reação endergônica. Isso também representa uma característica das reações químicas: se uma reação for exergônica em uma direção, será endergônica na direção oposta.

Assim, a quebra de ATP é exergônica, enquanto a produção de ATP é endergônica. A energia para a produção da maior parte do ATP nas células vegetais vem das reações de luz da fotossíntese e do sistema de transporte de elétrons na mitocôndria.

O enigma é por que o ATP, e não qualquer outra molécula, é usado. Embora nenhuma justificativa completa esteja disponível, há vários pontos que sustentam sua importância.

Primeiro, há a alta estabilidade da molécula de ATP no pH fisiológico (em torno de 7,4) em relação à hidrólise e decomposição na ausência de um catalisador enzimático. Essa estabilidade permite que o ATP seja armazenado na célula até que seja necessário. Em segundo lugar, o ATP é uma das moléculas (um nucleotídeo) que é usada na síntese do DNA.

Finalmente, a magnitude da mudança na energia livre envolvida na transformação de ATP-ADP é útil para conduzir muitas das reações endergônicas na célula. Como resultado, ele pode desempenhar o papel de intermediário com bastante facilidade.


Assista o vídeo: Processos Exergônicos e Endergônicos - Bioenergética - Aula 2 (Junho 2022).


Comentários:

  1. Edfu

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    Eu afastei essa ideia :)

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