Bio-Energie

''De levende cel is een dynamische structuur. Het groeit, beweegt, synthethiseert en transporteert. Voor deze processen is er wel energie nodig. Planten halen dit uit zonlicht, dieren halen dit uit planten of uit andere dieren.''

Bio-energetica: ''Onderdeel van thermodynamica die de manier waarop organismen energie verkrijgen, doorsturen en gebruiken kwantitatief analyseert. '' De entropie (S) (wanorde) in het universum neemt steeds toe.
 * 1) Energie kan niet worden gecreëerd of vernietigd. Energie kan alleen worden omgezet (transformaties zijn toegestaan).
 * 1) Warmte verhoogt de willekeurige beweging van moleculen en verhoogt dus de entropie Wanneer een molecule uiteenvalt in meerdere kleinere moleculen dan verhoogt de entropie. Entropiet oename is een belangrijke drijvende kracht in het universum

= ΔH = H producten - H reagentia = Verandering in enthalpie = warmte inhoud producten - warmte inhoud reagentia

- Negatief: exotherm, reagentia hebben meer warmte inhoud, energie vrijstelling, gunstig voor het verloop

+ Positief: endotherm, warmte wordt opgenomen uit de omgeving, ongunstig voor het verloop

_____________________________________________________________________

ΔS = S producten - S reagentia 

Verandering van de Entropie = entropie inhoud producten - entropie inhoud reagentia Positief: bij reacties waarvan de producten vaak minder complex zijn dan de reagentia en waarbij meer wanorde gecreëerd (begunstigt het verloop van de reactie)
 * 1) Verandering in de beweeglijkheid van de betrokken moleculen, verandering in rotatie van atomen, enz.
 * 2) Verandering in de configuratie van moleculen of ionen t.o.v. elkaar
 * 3) Verandering in het aantal moleculen of ionen

Negatief: bij reacties waarvan de producten vaak complexer zijn en meer geördend dan de reagentia (= ongunstig voor het verloop van een chemische reactie)

_________________________________________________________________________-

Zowel ∆S als ∆H hebben een invloed op het spontaan verloop van een chemische reactie

De grootheid die S en H combineert wordt de gibbs vrije energie genoemd. Hiervoor geldt volgend verband:

∆G = ∆H - T∆S   met ∆G = de verandering in vrije energieinhoud ( J/mol)

T = temperatuur

∆H = de verandering in enthalpieinhoud (J/mol),

∆S = de verandering in entropie-inhoud (J/mol.K)

∆G voorspelt of een reactie al dan niet spontaan kan plaatsvinden

Negatief: spontaan verlopen

m.a.w. indien de producten minder vrije energie bevatten dan de reagentia = exergone reactie

______________________________________________________________________________

∆ H < 0 bij exotherme reacties: warmte wordt vrijgesteld aan de omgeving (reactie is enthalpisch gunstig)

∆ H > 0 bij endotherme reacties: warmte wordt opgenomen uit de omgeving (reactie is enthalpisch ongunstig)

∆ S > 0 bij reacties waarvan de producten vaak minder complex zijn dan de reagentia en waarbij meer wanorde gecreëerd (reactie is entropisch gunstig)

∆ S < 0 bij reacties waarvan de producten vaak complexer zijn en meer geördend dan de reagentia (reactie is entropisch ongunstig)

De combinatie van enthalpieverandering, entropieverandering en temperatuur bepaalt de richting van een thermodynamisch gunstige reactie



_______________________________________________________________________________________

∆G° = vrije energieverandering onder standaard voorwaarden:

> Vergelijking verschillende reacties (G producten - G reagentia) bij standaardvoorwaarden
1 ATM, 7pH, 1M, 25°C

∆ G = G producten - G reagentia

= cGc + dGd – aGa – bGb

met Gc: chemisch potentiaal van de verbinding (contributie, per mol, van een specifieke verbinding in de totale vrije energie van het systeem)

¨Voor verdunde oplossingen geldt: Gc = G°c + R.T.ln[C]

___________________________________________________________________

Het is op te merken dat er geen correlatie is tussen reactiesnelheid & de thermodynamische gunstigheid van een reactie.

Reacties kunnen een zeer grote negatieve vrije energieverandering hebben maar toch zeer traag doorgaan (diamant; kinetische obstakels)

Katalysator = snelheidbepaler

∆ G = richtingbepaler

Bovendien kunnen individuele reacties in een pathwat een positieve DG° waarde hebben, ookal is de pathway in het globaal negatief (want een pathway moet thermodynamisch gunstig zijn). Deze processen kunnen efficiënt gebeuren door meer reagentia als producten te hebben of endergoon-exergone koppeling uit te voeren.

Koppeling van endergone reacties en exergone reacties ==> overall favorable process met ∆ G < 0

____________________________________________________________________________________

Bepaalde stoffen kunnen ∆ G° Negatief maken.

> ATP
''ATP is een directe vrije energie donor die in verschillende processen fungeert. Het wordt niet opgeslagen en leeft ongeveer 1 minuut in een levende cel. In rust verbruiken we 40kg ATP per etmaal tot wel 0,5kg per minuut in activiteit. ''

ATP ==> ADP ==> AMP ==> Adenosine

-31 kj/mol ==> -31 kj/mol ==> -14 kj/mol ==> -76 kg/mol ∆ G°

ATP wordt gesynthetiseerd en gehydrolyseerd op een cyclische manier.

De synthese van ATP uitgaande van ADP + Pi is endergoon en is gekoppeld aan een exergone cellulaire reactie.

De hydrolyse van ATP inADP en Pi is exergoon, en de energie die vrijkomt wordt gebruikt voor endergone cellulaire processen zoals bijvoorbeeld spiercontractie.