PIERWSZE PRAWO TERMODYNAMIKI czyli prawo zachowania energii - mówi, że energia

całkowita układu i jego otoczenia jest stała. Jeśli układ ulega przekształceniu wówczas pobiera energię z otoczenia lub ją tam uwalnia.

∆E = E_B - E_A = Q - W

∆E - zmiana energii wewnętrznej układu

E_B - energia stanu końcowego układu

E_A - energia stanu początkowego układu

Q - ciepło doprowadzone do układu

W - praca wykonana przez układ w badanym procesie →

Procesy przekształcające energię w organizmach żywych





1. Precyzuje możliwości wzajemnych przekształceń różnych form energii pozwala przewidzieć kierunek przebiegu tych przemian.

2. Mówi, że wszystkie procesy we wszechświecie przebiegają w takim kierunku, aby następował wzrost entropii ( stanu nieuporządkowania) układu i otoczenia, aż do ustalenia się stanu równowagi.

3. Proces może zajść spontanicznie, gdy :

ΔS_układu + ΔS_otoczenia >0
S- entropia
Zmiana entropii związana jest ze zmianą energii swobodnej (G) układu:

ΔG = ΔE - TΔS

ΔE - zmiana energii wewnętrznej układu

G - energia swobodna - energia wyzwolona np. w czasie rozpadu wiązania chemicznego, energia użyteczna, która może być wykorzystana do wykonania pracy biologicznej. Zmiana energii swobodnej stanowi kryterium spontaniczności przemiany:

ΔG > O - reakcja nie może zajść samorzutnie
ΔG < O - reakcja zachodzi samorzutnie
ΔG = O - reakcja znajduje się w stanie równowagi

Zmiany energii swobodnej reakcji chemicznych (ΔG) można mierzyć

ΔG zależy nie tylko od energii zmagazynowanej w poszczególnych cząsteczkach, lecz także od stężenia tych cząsteczek w mieszaninie reakcyjnej, co dla reakcji:

aA + bB Cc + dD

wyraża się wzorem:

A,B,C,D - cząsteczki biorące udział w reakcji

a,b,c,d - ilości cząsteczek

R = 8,31 J*K^-1 *mol ^-1 - stała gazowa

T- temperatura w skali Kelvina

ΔGº - zmiana wzorcowej energii swobodnej cząsteczek, gdy substraty i produkty reakcji występują w stężeniu 1 mol / l w pH = 0

ΔGº' - zmiana wzorcowej energii swobodnej w pH = 7

W stanie równowagi chemicznej:

ΔG = 0

Wówczas stała równowagi chemicznej:

Wartość K jest tym większa. im większy jest iloczyn molowy produktów

C i D

Reakcja egzoergiczna i endoergiczna. (a) W wyniku reakcji egzoergicznej następuje utrata energii netto. Powstałe produkty mają mniejszą energię niż substraty. (b) W wyniku reakcji endoergicznej energia netto zostaje pozyskana. Reakcja endoergiczna. może przebiegać jedynie wówczas, gdy zostanie dostarczona energia, która wyzwoli się w innym układzie. Produkt reakcji jest zasobniejszy w energię niż substraty.

K'_eq = 1 ΔGº = 0 - stan równowagi

K'_eq > 1 ΔGº < 0 - reakcja spontaniczna - egzoergiczna

K'_eq < 1 ΔGº > 0 - reakcja niekorzystna energetycznie, może zajść po dostarczeniu energii - reakcja endoergiczna

Glukoza + fruktoza sacharoza (ΔG = +23 kJ/mol)

Reakcje sprzężone:

1. glukoza + ATP glukozo -P + ADP (r. endoergiczna)
   

2. glukozo -P + fruktoza sacharoza (r. egzoergiczna)

ΔG₁ + ΔG₂ = -7,5 kJ/mol

W przemianie złożonej z wielu reakcji, będą przebiegać reakcje zarówno endo- jak i egzoergiczne pod warunkiem, że sumaryczny efekt energetyczny będzie ujemny.

O wysokim potencjale przenoszenia grup fosforanowych decyduje budowa cząsteczki ATP, ponieważ:

• atomy P⁺ silnie przyciągają elektrony bezwodnikowego
  wiązania fosforanowego, co ułatwia jego hydrolizę;

• w pH 7,0 (fizjologicznym) w cząsteczce ATP występują
  blisko siebie cztery ładunki ujemne, które silnie odpychają
  się siłami elektrostatycznymi, co ułatwia hydrolizę wiązań;

• produkty hydrolizy w postaci ADP^3- i HPO₄^2- podlegają
  stabilizacji jako hybrydy rezonansowe. Elektrony wokół
  atomu P i atomu O w ostatnim wiązaniu bezwodnikowym
  współzawodniczą ze sobą o orbitale o najmniejszym
  poziomie energetycznym. Dlatego bardziej stabilna jest
  forma gdy ADP^3- i HPO^2- są od siebie oddzielone.

ATP odgrywa kluczową rolę w przejmowaniu i przenoszeniu energii. ATP jest zużywany w wielu reakcjach:

• w początkowych stadiach degradacji cząsteczek pokarmowych, np.:

fruktozo-6-fosforan + ATP fruktozo-1,6- bisfosforan + ADP

ΔG^º = -14.2,kJ x mol^1-, fosfofruktokinaza

• we wzajemnych przemianach trifosforanów nukleozydów
ADP + NDP ADP + NTP

Kinaza difosfonukleozydowa

NDP - nukleozydodifosforan
NTP - nukleozydotrifosforan

• w różnych przemianach metabolicznych, dostarczając energię
  do ich przebiegu;

• jest prekursorem w syntezie kwasów nukleinowych

• jest koenzymem transferaz, czyli enzymów katalizujących
  reakcje przenoszenia grup.

Przenoszenie energii i rola związków (nośników) wysokoenergetycznych

KLASYFIKACJA ZWIĄZKÓW MAKROERGICZNYCH ZE WZGLĘDU NA CHARAKTER WIĄZANIA WYSOKOENERGETYCZNEGO:

1. Związki o wiązaniu bezwodnikowym fosforanowo- fosforanowym (trifosforany i difosforany nukleozydów);

2. Związki o wiązaniu karboksylo-fosforanowym acetylofosforan, 1,3-bisfosfoglicerynian i inne);

3. Związki o wiązaniu guanidynofosforanowym
   ( fosfckreatyna, fosfoarginina);

4. Związki o wiązaniu tioestrowym
   ((acetylo-CoA i inne połączenia acyli z CoA);

5. Związki o wiązaniu enolofosforanowym
   (fosfoenolopirogronian).

Wzorcowa energia swobodna hydrolizy niektórych fosforylowanych związków o dużym i małym potencjale przeno­szenia grupy fosforanowej (temp. 25°C, pH 7)

Typ związku	ΔGº kJ/mol
Fosfoenolopirogronian Karbamoilofosforan 3-Fosfofan fosforanu D-gliceroilu (do 3-fosfoglicerynianu) Acetylofosforan Fosforan kreatyny	-61,9 -51,4 -49,3 -43,1 -43,1
ATP ( ADP + Pt)	-30,5
ATP ( AMP + PP) Glukozo-1-fosforan Fruktozo-6-fosforan Glukozo-6-fosforan Glicerolo-3-fosforan	-30,6 -20,9 -15,9 -13,8 -9,2

3

FOTOSYNTEZA

6CO₂ + 6H₂O + energia → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

PRACA BIOLOGICZNA
-skurcz mięśni

- przekazywanie sygnałów

-reakcje anaboliczne

ODDYCHANIE KOMÓRKOWE

C₆H₁₂O_{6 +} 6O₂ →

6CO₂ + 6H₂O + energia

---