Energia în sisteme biologice

Proiect realizat de:

Alexe Cristina Băjănaru Carmen

Georgescu Mara Gheorghe Laura

Gherghilescu Magda

Formulat pentru sisteme biologice, principiul I al termodinamicii are următorul enunt: energia produsă în reactii chimice spontane este folosită ca motor pentru acele reactii care nu au loc spontan.

Introducere

• ATP-ul cedează grupe fosfat acid, HPO4-2 transformându-se în acid adenozindifosforic, ADP; transformarea ATP are loc printr-o reactie de hidroliză enzimatică, în urma căreia se degajă o cantitate de energie de aproximativ -8,2 kcal/mol.

Rolul ATP si ADP

• toate activitătile din lumea animală si vegetală necesită energie
• organismele acumulează si consumă continuu energie
• orice obiect din lumea vie poate fi privit ca un sistem termodinamic. Restul universului, care nu apartine sistemului, constituie mediul
• sistemul si mediul pot schimba între ele energie si materie

• In sistemele biologice energia eliberată într-un proces este consumată în alt proces, care nu ar fi putut sa aibă loc spontan.
• Reactiile biochimice sunt cuplate si sunt catalizate de enzime. Fluxul energetic metabolic este întotdeauna centrat pe un intermediar comun, care este acidul adenozintrifosforic. Acesta participă atât la reactii exoterme cât si la reactii endoterme, asigurându-se astfel cuplajul energetic al proceselor metabolice:

SĂ NE REAMINTIM!

• Metaboliti bogati în energie sunt hidrolizati la adenozindifosfat, ADP; ADP se transformă în ATP printr-o reactie care necesită energie, iar ATP-ul astfel obtinut este necesar reactiilor care au loc la nivelul celulei.

• Ce este biochimia

Biochimia = stiinta care studiază compozitia si procesele chimice ale materiei vii.

• Una dintre ipotezele pe baza căreia s-a fundamentat biochimia este cea energetică: unitatea de energie biochimică este acidul adenozintrifosforic, ATP.
• Degradarea (catabolismul) alimentelor conduce la formarea ATP si biosinteza (anabolismul) oricărui component celular este determinată de hidroliza ATP.

De exemplu, acetilfosfatul, care este o anhidridă mixtă a acizilor acetic si fosforic este un metabolit bogat în energie si este produs în cursul unei fermentatii lactice care are loc în prezenta anumitor bacterii. Reactia de hidroliză a acetilfosfatului are loc cu degajare de energie, care este apoi consumată în procesul de sinteză a ATP-ului:

Soarele este cea mai importantă sursă de energie pentru organisme.

Cum este folosită energia solară de către organismele fotoautotrofe, de exemplu?

Etapa Luminoasă

sub acțiunea luminii , se formează compușii bogați în energie ATP și nicotinamidă adenin dinucleotidfosfat, NADPH, care este forma redusă a NADP, o coenzimă importantă pentru sinteza glucidelor.

FOTOSINTEZĂ

În

Energia în sisteme biologice

Care sunt organismele fotoautotrofe?

• plantele;
• algele;
• cianobacteriile.

Intr-o prima etapa glucoza este transformata, printr-o

serie de 10

reactii biochimice, in doua molecule de acid piruvic. Aceste reactii biochimice au loc in citoplasma si alcatuiesc reactiile de glicoliza.

Moleculele de acid piruvic formate pot urma doua cai metabolice:

• O degradare partiala anaeroba (o reactie de fermentare)

• O serie de reactii biochimice in urma carora este oxidat complet: se formeaza dioxid de carbon si apa si se elibereaza o importanta cantitate de energie stocata in moleculele de ATP; acest ansamblu de reactii care au loc in membrana mitocondriei, constituie respiratia celulara si sunt cunoscute sub numele de ciclul lui Krebs.

Degradarea anaeroba a glucozei are loc in muschi si tesuturi, care nu pot folosi direct glucoza, ci numai o polizaharida a glucozei, glicogenul.

În procesul de fotosinteză, energia solară este folosită pentru sinteza substanțelor organice, pornind de la apă și dioxid de carbon.

Ansamblul reactiilor chimice si a schimburilor energetice care au loc fara intrerupere in celula se numeste metabolism.

Metabolismul zaharidelor este format din transformarile catabolice si anabolice care au loc atat in celulele vegetale cat si cele animale.

Aceste reactii chimice pot avea loc:

• In prezenta oxigenului – aerobe

• In absenta oxigenului – anaerobe

In procesul de transformare catabolica a glucozei in celula se formeaza compusi cu molecula relativ simpla si se degaja o importanta cantitate de energie.

Arderea zaharidelor

Pentru hrana organismelor heterotrofe (animale),

glucidele (compuși organici) reprezintă principalul constituent.

Fotosinteza are loc în două etape :

• etapa luminoasă;
• etapa obscură.

Consumul in exces al alimentelor bogate in calorii, al bauturilor carbogazoase si al celor alcoolice, precum si lipsa de efort fizic duce la un dezechilibru energetic, organismul primind mai mult decat poate consuma.

Conform normelor Organizatiei Mondiale a Sanatatii pentru a preveni obezitatea si bolile asociate acesteia, pe eticheta alimentelor trebuie sa fie inscrisa si valoarea energetica raportata, de obicei, la 100 g de produs sau la 100 mL de produs. Aceasta valoare se obtine prin arderea a 100g (sau 100 mL) de produs in bomba calorimetrica

Zaharidele sunt compusi naturali care intra in alcatuirea peretilor tuturor organismelor vii.

In regnul vegetal zaharidele se gasesc in proportie de 80% si sunt sintetizate in procesul de fotosinteza. In regnul animal necesarul de zaharide este asigurat prin hrana.

Oxidarea glucozei intr-o bomba calorimetrica are loc cu degajarea, dintr-o data, a unei cantitati de energie de 674 kcal/mol. In procesele biochimice aceasta energie se produce continuu si este consumata treptat.

In procesul anaerob de degradare a glucozei se

produc 160 kcal, cu mult mai putin decat in procesul aerob.

Zaharidele sunt o sursa energetica importanta pentru om, dar nu esentiala. Ele se gasesc in alimente sub forma de

• Monozaharide, in miere si fructe

• Dizaharide, in lapte si aimente dulci

• Polizaharide, in produse vegetale(amidon) sau animale (glicogen)

Necesarul energetic al omului variaza in functie de varsta, sex, greutate, stare fizica generala si de intensitatea activitatilor fizice si psihice pe care le desfasoara.

Etapa obscură

Energia compușilor ATP și NADPH este folosită pentru sinteza glucidelor.

In muschi in urma reactiei de glicoliza se desprinde

un rest de glucoza de la o margine a moleculei de glicogen. Sub actiunea unor enzime speifice se formeaza acid piruvic si in final acid lactic. Acidul lactic format in muschii mamiferelor este transportat in ficat unde este retransformat in glicogen.

Acidul lactic este un compus important in producerea de energie la nivelul muschilor. Atunci cand cantitatea de oxigen asigura integral arderea zaharidei, intreaga cantitate de acid lactic produsa este consumata. Daca insa arderea zaharidei este superioara aportului de oxigen(cazul efortului fizic intens) o parte din acidul lactic produs initial se acumuleaza in celule, apoi trece in membrana celulara si in final in circulatia sanguina. Acumularea acidului lactic in celulele muschilor este cauza crampelor musculare.