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bioenergetica
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Di cosa parla
- La bioenergetica è lo studio delle trasformazioni energetiche che avvengono negli organismi viventi, analizzando gli scambi di energia tra le cellule e l'ambiente esterno. L'energia è definita come la capacità di un sistema di produrre un lavoro o scambiare calore.
- Il metabolismo è un complesso di reazioni chimiche-fisiche, suddiviso concettualmente in:
- Anabolismo: Reazioni anaboliche che producono molecole più complesse da quelle più semplici, necessitando energia (es. fotosintesi).
- Catabolismo: Reazioni cataboliche che degradano molecole complesse in molecole più semplici, liberando energia (es. respirazione).
- Anabolismo e catabolismo, pur essendo processi contrari, operano in maniera coordinata e armonica.
- Si distinguono inoltre:
- Metabolismo primario: L'insieme dei processi indispensabili e ubiquitari per la crescita e riproduzione della specie (es. produzione di zuccheri, proteine, lipidi).
- Metabolismo secondario: L'insieme delle reazioni non indispensabili ma essenziali per la sopravvivenza della specie (es. fenoli, terpeni).
- L'energia libera (G), una parte dell'energia totale di un sistema, può essere liberata come lavoro chimico e utilizzata nelle reazioni.
- Il segno matematico del ΔG (variazione di energia libera) indica la spontaneità di una reazione:
- ΔG < 0 (GP < GR): Reazione esoergonica (spontanea), con rilascio di energia.
- ΔG > 0 (GP > GR): Reazione endoergonica (non spontanea), che necessita di energia.
- ΔG = 0 (GP = GR): Reazione all'equilibrio.
- La conoscenza del ΔG permette di capire la spontaneità delle reazioni ma non fornisce indicazioni sulla loro velocità. Esistono diverse forme di ΔG:
- ΔG (reale): Energia libera posseduta dai prodotti meno quella posseduta dai reagenti.
- ΔG° (Standard): Riferita a condizioni standard ([1M], 1 atm, 25°C, pH=0).
- ΔG'° (Biologica): Riferita a condizioni biologiche ([1M], 1 atm, 25°C, pH=7).
- Il potenziale chimico (μ) di un composto, associato all'energia libera, è legato alla sua concentrazione dalla relazione di Nernst (μ=μ° + RT ln(c)), che si traduce in G = G° + RT ln(c).
- Per una reazione chimica generica aA + bB ↔ cC + dD, la variazione di energia libera è espressa come ΔG = ΔG° + RT ln([C]c[D]d/[A]a[B]b).
- Quando la reazione è all'equilibrio (ΔG=0), la relazione diventa ΔG° = -RT ln(Keq).
- La relazione tra la costante di equilibrio (Keq) e la variazione di energia libera standard (ΔG°) è:
- Se Keq = 1: ΔG° = 0 (reazione all'equilibrio).
- Se Keq > 1: ΔG° < 0 (reazione esoergonica).
- Se Keq < 1: ΔG° < 0 (reazione endoergonica).