ENERGIA ÎN SISTEMELE BIOLOGICE de Secară Lucas Șchiop Andrei Introducere • Energia chimică este o formă de energie potențială datorată asocierii atomilor în molecule și adiferitelor alte feluri de agregare ale materiei. Ea se poate defini pe baza lucrului forțelor electrice caurmare a rearanjării sarcinilor electrice a electronilor și protonilor în procesul formării legăturilor chimice.Dacă în timpul unei reacții chimice energia sistemului scade, se transferă energie sistemelor înconjurătoaresub diferite forme, de obicei sub formă de căldură. Dacă în timpul unei reacții chimice energia sistemuluicrește, asta se obține prin conversia altor forme de energie din sistemele înconjurătoare. Introducere În organismele vii au loc transformări chimice care implică sinteze de molecule complexe, cât şi procese de descompunere ale acestora. Organismul uman este un sistem termodinamic deschis (schimb desubstanţă şi energie cu mediul). Creşterea şi existenţa organismului animal presupune consum de energiepentru: • Întreţinerea funcţiilor vitale • Sinteza unor substanţe necesare organismului • Desfăşurarea activităţilor fizice • Menţinerea constantă a temperaturii corpului. Energia necesară este produsă prin transformări biochimice ale unor substanţe din alimente. Reacţiile înurma cărora se produce această energie sunt reacţii exoterme. Substanţele introduse în organismpentru a produce energia vitală sunt: grăsimile, zaharidele şi proteinele. Alimentele sunt „combustibilul” care ne furnizează energia. Rolul ATP și ADP ADP • Acidul adenozintrifosforic (adenosine triphosphate) (ATP) este un compus organic care constituie substratul multor reacţii catalizate de enzime, desfăşurate în celulele animalelor, ale plantelor şi ale microorganismelor. • Legăturile chimice ale ATP înmagazinează o cantitate importantă de energie. Astfel, ATP transferă energia chimică rezultată din oxidarea substanţelor nutritive către procesele celulare consumatoare de energie. Există trei astfel de procese ale metabolismului care duc la formarea ATP şi la stocarea energiei chimice: fermentaţia, ciclul acidului tricarboxilic şi respiraţia celulară (numită şi fosforilareoxidativă). Toate acestea sintetizează ATP din acid adenozinmo nofosforic (AMP) sau din acid adenozindifosforic (ADP) şi fosfat anorganic. • Reacţiachimică este reversibilă, ATP-ul descompunându-se în ADP, AMP şi fosfor. • Energia astfel degajată este utilizată în desfăşurarea activităţii chimice, electrice sau osmotice de la nivel celular. • Compus format prin condensarea adenozinei cu 2 grupari de acid fosforic. Este utilizat in sinteza ATP-ului cu ajutorul energiei ce rezulta din respiratia celulara. Când ATP-ul este utilizat de organism pentrudiferite functii cum ar fi sinteza de proteine ADP-ul se reface. ATP Rolul ATP și ADP • Celula este o „uzină chimică”. Pentru a funcţiona are nevoie de „combustibili”. • Majoritatea acţiunilor celulare sunt procese endoterme şi nu sunt spontane. • Celulele utilizează drept „combustibil” glucoza ( şi unii produşi ai descompunerii grăsimilor şi proteinelor) • ADP şi ATP sunt molecule cu structură complexă care se găsesc în toate celulele vii. • Pentru celulă ATP este un component vital; când celula trebuie să realizeze un proces endotermconsumă ATP, iar când rezerva scade celula produce o nouă cantitate prin oxid area glucozei. • 90% din ATP este produs în mitocondriile celulei; celulele cu necesităţi energetice mari au mai multe mitocondrii. Fotosinteza • În natură se desfăşoară numeroase procese prin care se consumă şi se formează materie organică.Respiraţia animalelor poate fi considerata o ardere, din care rezultă dioxid de carbon şi apă: • Dioxidul de carbon este reţinut de masa vegetală verde de pe suprafaţa pământului. • Stocarea energiei chimice poate avea loc prin transformarea energiei radiante solare, care, în prezența clorofilei, transformă dioxidul de carbon reținut de plante și apă, în subsanțe organice necesare plantei și eliberarea unei cantități corespunzătoare de oxigen, proces numit fotosinteză. • Fotosinteza este un proces complex la care participă clorofila și enzimele specifice din plante și este procesul din natură în urma căruia se formează substanțe organice (zaharide), din substanțe anorganice(dioxid de carbon și apă). • Celulele frunzelor verzi conţin cloroplaste, în interiorul cărora se află un sistem de pigmenți capabilisă transforme energia solară în energie chimică: Fotosinteza • Celulele frunzelor verzi conţin cloroplaste, în interiorul cărora se află un sistem de pigmenți capabilisă transforme energia solară în energie chimică: • Procesul de fotosinteză are loc în 2 faze: • 1. faza luminoasă (captarea energiei solare cu ajutorul clorofilei și transformarea acesteia în energie chimică stocată în molecule de ATP; descompunerea moleculelor de apă în elementele componente: oxigen și hidrogen; eliberarea oxigenului în atmosferă, care este folosit în respirație de către animale); • 2. faza obscură (are loc biosinteza zaharidelor, utilizând dioxidul de carbon și hidrogenul rezultat în urma descompunerii apei, iar sursa de energie este furnizată de ATP. Simplificat, întregul proces complex al fotosintezei poate fi reprezentat global astfel: • Procesul de fotosinteză este endoterm; pentru sinteza unui mol de glucoză se consumă 6x114 kcal(câte 114 kcal pentru fiecare mol de CO2 transformat în glucoză). Metabolism Ansamblul reacțiilor chimice și a schimburilor de energetice care au loc fără întrerupere în celulă se numește metabolism. Metabolismul glucidelor cuprinde 2 faze: 1. degradarea anaerobă (are loc în absența aerului); 2. degradarea aerobă (caracteristică organismelor care respiră, cu participarea oxigenului). Conversia energiei în reacții biochimice • Celula are nevoie de un mecanism de captare şi stocare a energiei, precum şi de un alt mecanism princare să elibereze această energie când are nevoie şi unde este necesară. Acest mecanism de conversie aenergiei dintr-o celulă este îndeplinit de ADP şi ATP. Reactiile biochimice cuprind toata gama de reactiichimice care au loc in organism. • Exemple: o conversia zaharului sanguin in energie o producerea impulsurilor nervoase • Tot ceea ce mancam se transforma in glucoza, combustibilul care ne mentine corpul in miscare.Totusi, fiecare aliment se metabolizeaza diferit, intr-o perioada specifica de timp. Carbohidrații ies foarte repede din cursa in timp ce proteinele si fibrele au o conversie lenta. MULȚUMIM PENTRU ATENTIE!