Χημική Θερμοδυναμική- Βιοενεργητική



Σχετικά έγγραφα
Χημική Θερμοδυναμική- Βιοενεργητική

Χημική Θερμοδυναμική- Βιοενεργητική

Ανάλυση Τροφίμων. Ενότητα 4: Θερμοχημεία Χημική Ενέργεια Τ.Ε.Ι. ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ. Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ακαδημαϊκό Έτος

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ανόργανη Χημεία. Ενότητα 6 η : Θερμοχημεία Χημική ενέργεια. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής.

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ. Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο. 11 Μαΐου 2006

Παππάς Χρήστος. Επίκουρος καθηγητής

Εφαρμοσμένη Θερμοδυναμική: Εξετάζει σχέσεις θερμότητας,

14. ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

Εφαρμοσμένη Θερμοδυναμική: Εξετάζει σχέσεις θερμότητας, μηχανικού έργου και ιδιοτήτων των διαφόρων θερμοδυναμικών

Συνδυάζοντας το πρώτο και το δεύτερο θερμοδυναμικό αξίωμα προκύπτει ότι:

ΜΑΓΔΑΛΗΝΗ ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

Ενέργεια:η ικανότητα επιτέλεσης έργου. Μορφές ενέργειας. η αιτία εµφάνισης φυσικών, χηµικών βιολογικών φαινοµένων

ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ. Είδη ενέργειας ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΙ ΟΡΙΣΜΟΙ

Υδατική Χηµεία-Κεφάλαιο 3 1

Θερμόχήμεία Κεφάλαιό 2 ό

ΘΕΡΜΙΔΟΜΕΤΡΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΜΗΔΕΝΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ. Μονάδες - Τάξεις μεγέθους

* Επειδή μόνο η μεταφορά θερμότητας έχει νόημα, είτε συμβολίζεται με dq, είτε με Q, είναι το ίδιο.

ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ Δημήτρης Παπαδόπουλος, χημικός Βύρωνας, 2015

Κεφάλαιο 4. Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc Utopia Publishing, All rights reserved

2ο Σύνολο Ασκήσεων. Λύσεις 6C + 7H 2 C 6 H H διαφορά στο θερμικό περιεχόμενο των προϊόντων και των αντιδρώντων καλείται

Εντροπία Ελεύθερη Ενέργεια

ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ. κινητική + + δυναμική

ΔG o ' = πρότυπη μεταβολή ελέυθερης ενέργειας (ph 7, 1M αντιδρ.& προιόντων ); R = στ. αερίων; T = θερμοκρ. 2 ΔG o ' >0, ΔG<0

BΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ

ΤΕΧΝΙΚΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΚΑΙ ΒΙΟΧΗΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

ΧΗΜΕΙΑ Α ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5. Θερμοχημεία, είναι ο κλάδος της χημείας που μελετά τις μεταβολές ενέργειας που συνοδεύουν τις χημικές αντιδράσεις.

Φυσικοχημεία για Βιολόγους. Εργ. Φυσικοχημείας. Τηλ

ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ. κινητική + + δυναμική

ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, ΠΕΚ Μεταβολισμός: Βασικές έννοιες και σχεδιασμός

Το νερό σαν διαλύτης βιομορίων

3.1 Ενέργεια και οργανισμοί..σελίδα Ένζυμα βιολογικοί καταλύτες...σελίδα Φωτοσύνθεση..σελίδα Κυτταρική αναπνοή.

2.1 Μεταβολή ενέργειας κατά τις χημικές μεταβολές Ενδόθερμες - εξώθερμες αντιδράσεις Θερμότητα αντίδρασης - ενθαλπία

Κεφάλαιο 3 ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ

ΘΕΜΑΤΑ ΤΕΛΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ (Α. Χημική Θερμοδυναμική) 1 η Άσκηση 1000 mol ιδανικού αερίου με cv J mol -1 K -1 και c

Φυσική ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ. Ενότητα 4: Θερμοδυναμική και Κινητική της Δομής. Γρηγόρης Ν. Χαϊδεμενόπουλος Πολυτεχνική Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών

Χημεία θετικής κατεύθυνσης Β ΛΥΚΕΊΟΥ

Φυσικοχημεία για Βιολόγους. Εργ. Φυσικοχημείας. Τηλ

Ιωάννης Πούλιος, Καθηγητής Εργ. Φυσικοχημείας Α.Π.Θ. Τηλ

ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΜΟΡΙΩΝ. Στοιχείο O C H N Ca P K S Na Mg περιεκτικότητα % ,5 1 0,35 0,25 0,15 0,05

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2012 ÓÕÍÅÉÑÌÏÓ. Ηµεροµηνία: Τετάρτη 18 Απριλίου 2012

Γεωχημεία. Ενότητα 1: Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης. Χριστίνα Στουραϊτη Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

BIOΛ154 ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ Ι. ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ (Lubert Stryer) Βασικές Αρχές Βιοχημείας (Lehninger) Κεφ. 15

Ιωάννης Πούλιος, Καθηγητής Εργ. Φυσικοχημείας Α.Π.Θ. Τηλ

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑ Μ.Ε ΠΡΟΟΔΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Γ' ΛΥΚΕΙΟΥ ΗΜ/ΝΙΑ: ΔΙΑΡΚΕΙΑ: 3 ώρες

ΔΙΔΑΚΤΕΑ ΥΛΗ ΣΤΟΧΟΙ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ

Για αραιά διαλύματα : x 1 0 : μ i = μ i 0 RTlnx i χ. όπου μ i φ =μ i 0 χ

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ανόργανη Χημεία. Ενότητα 8 η : Υγρά, Στερεά & Αλλαγή Φάσεων. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής.

ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Β ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ: ΧΗΜΕΙΑΣ ÑÏÌÂÏÓ. δ. CH 3 _ CH 3 Μονάδες 4

ΥΔΡΟΧΗΜΕΙΑ. Ενότητα 4: Θερμοδυναμικά δεδομένα. Ζαγγανά Ελένη Σχολή: Θετικών Επιστημών Τμήμα : Γεωλογίας

ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

Ο δεύτερος νόμος Παραδείγματα αυθόρμητων φαινομένων: Παραδείγματα μη αυθόρμητων φαινομένων: συγκεκριμένο χαρακτηριστικό

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Β ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ 2002

και χρειάζεται μέσα στο ρύθμιση εναρμόνιση των διαφόρων ενζυμικών δραστηριοτήτων. ενζύμων κύτταρο τρόπους

ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ 2002

ΘΕΜΑ 1 0 Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση σε κάθε μία από τις επόμενες ερωτήσεις:

ΤΕΣΤ ΧΗΜΕΙΑΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ (Τ.5.1Α).1Α)

Στις ερωτήσεις , να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθµό της ερώτησης και δίπλα το γράµµα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Όνομα :... Ημερομηνία:... /... /...

ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΕΡΓΑΣΙΑ 4-ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ

Κων/νος Θέος 1

3 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ. Μεταβολισμός του κυττάρου

ΧΗΜΕΙΑ Β ΤΑΞΗΣ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ 2003

P n. Να υπολογισθεί η μεταβολή στην γραμμομοριακή εντροπία ατμού νερού, που θερμαίνεται από τους 160 o στους 170 o C υπό σταθερό όγκο.

2. ΧΗΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

Απαντήσεις ο Μάθηµα

Ημερομηνία: Σάββατο 5 Ιανουαρίου 2019 Διάρκεια Εξέτασης: 3 ώρες

Περιβαλλοντική Χημεία - Γεωχημεία. Διαφάνειες 5 ου Μαθήματος Γαλάνη Απ. Αγγελική, Χημικός Ph.D. Ε.ΔΙ.Π.

21/5/2008. Θερµοχηµεία

Κωνσταντίνος Π. (Β 2 ) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ

Enrico Fermi, Thermodynamics, 1937

KΕΦΑΛΑΙΟ 3ο Μεταβολισμός. Ενότητα 3.1: Ενέργεια και Οργανισμοί Ενότητα 3.2: Ένζυμα - Βιολογικοί Καταλύτες

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ανόργανη Χημεία. Ενότητα 9 η : Διαλύματα & οι ιδιότητές τους. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής.

Οργανική Χημεία. Κεφάλαιο 5: Επισκόπηση οργανικών αντιδράσεων

1. Να οξειδωθούν και να παράγουν ενέργεια. (ΚΑΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ)

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Β ΤΑΞΗ

Ο πρώτος νόμος. Είδη συστημάτων. Ανταλλαγή ύλης και ενέργειας με το περιβάλλον

ΕΡΓΑΣΙΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ 3.1 ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ

ΘΕΜΑΤΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΥΠΟΨΗΦΙΩΝ ΑΣΕΠ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ

Εργασία Βιολογίας. Β. Γιώργος. Εισαγωγή 3.1 ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ. Μεταφορά ενέργειας στα κύτταρα

Στοιχεία Θερμοδυναμικής. Ι. Βασικές αρχές. Χριστίνα Στουραϊτη

ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ ΣΙΔΗΡΟΥ Ι Μεταλλουργία Σιδήρου Χυτοσιδήρου Θεωρία και Τεχνολογία Τμήμα Μηχανικών Μεταλλείων - Μεταλλουργών

Χηµεία-Βιοχηµεία Τεχνολογικής Κατεύθυνσης Γ Λυκείου 2001

ΧΗΜΕΙΑ Β ΤΑΞΗΣ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ 2003

ΛΥΣΕΙΣ ΘΕΜΑΤΩΝ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ (Α. Χημική Θερμοδυναμική) H 298

ΘΕΜΑ 1 ο 1.1. Να γράψετε στο τετράδιό σας το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση:

Γεωχημεία. Ενότητα 1: Γεωχημικές διεργασίες στο εσωτερικό της γης. Χριστίνα Στουραϊτη Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

Ισορροπία (γενικά) Ισορροπίες σε διαλύματα. Εισαγωγική Χημεία

ΧΗΜΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ, ΕΝΘΑΛΠΙΑ

ΕΡΓΑΣΙΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ. 3.1 Ενέργεια και οργανισμοί

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Ι

ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Β ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΑΒΒΑΤΟ 24 ΜΑΪΟΥ 2003 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

Πανεπιστήμιο Κύπρου Τμήμα Χημείας. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΧΗΜΕΙΑ ΓΙΑ ΒΙΟΛΟΓΟΥΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥΣ ΧΗΜ 021 Χειμερινό Εξάμηνο 2008

Χηµεία-Βιοχηµεία Τεχνολογικής Κατεύθυνσης Γ Λυκείου 2001

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 3 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΦΑΣΕΩΝ ΑΠΟ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ

XHMIKH KINHTIKH & ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ. Γλυκόζη + 6 Ο 2 6CO 2 + 6H 2 O ΔG o =-3310 kj/mol

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2014 ÊÏÑÕÖÁÉÏ ÅÕÏÓÌÏÓ

ΣΧΟΛΙΚΗ ΧΡΟΝΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑ ΎΛΗΣ ΓΙΑ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΤΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΕΝΟΤΗΤEΣ

ΙΣΟΖΥΓΙΑ ΜΑΖΑΣ ΚΑΙ ΣΤΟΙΧΕΙΟΜΕΤΡΙΑ

Transcript:

Χημική Θερμοδυναμική- Βιοενεργητική Χρήστος Κρούπης, MSc, PhD Επίκουρος Καθηγητής Κλινικής Βιοχημείας Αττικόν Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο Ιατρική Σχολή Πανεπιστημίου Αθηνών 1

Ὺλη Θερμοδυναμικής -Βιοενεργητικής Lehninger s Principles of Biochemistry by D.L. Nelson and Michael Cox Κεφάλαιο 1.3 (σελ. 37-43) Κεφάλαια 13.1 και 13.2 (σελ. 427-429, 433-443) Άλλα βιβλία (προαιρετικά) [«Principles of Chemistry: a Molecular Approach by N.J. Tro Κεφάλαια 6, 14 (εκτός 14.8) και 17 «Βασικές αρχές Ανόργανης Χημείας» από Γ. Πνευματικάκη, Χ. Μητσοπούλου και Κ. Μεθενίτη] Κεφάλαιο 4 (εκτός 4.16) 2

Ορισμοί Θερμοδυναμικής Μελέτη των ενεργειακών μετατροπών στα φυσικοχημικά φαινόμενα Στις χημικές αντιδράσεις: Χημική Θερμοδυναμική Π.χ. για την παραγωγή υδρογόνου δύο τρόποι: 2H 2 O O 2 + 2H 2 C + 2H 2 O CO 2 + 2H 2 Ποια μέθοδος πρέπει να προτιμηθεί? Είναι αυθόρμητη η αντίδραση που επιλέγεται? Είναι μονόδρομη ή αμφίδρομη? Η απόδοση? Ύλη Ενέργεια Σύστημα με όρια (system boundaries) Περιβάλλον (surroundings) Ανοικτό (open) + + Κλειστό (closed) - + Απομονωμένο - - (isolated-adiabatic) 3

Ορισμοί Θερμοδυναμικής#2 Καταστατικές συναρτήσεις (state functions): Π.χ. ενέργεια, πίεση, όγκος, θερμοκρασία 1) Μεταβολή = τελική αρχική κατάσταση (ανεξάρτητη μηχανισμού ή μονοπατιού) 2) Μεταξύ τους υπάρχουν μαθηματικές σχέσεις Η τιμή τους καθορίζεται από την ποσότητα της ύλης? ΌΧΙ Εντατικές (Intensive) p, T, d, c s NAI Εκτατικές (extensive) E, H, S 4

Εσωτερική ενέργεια (Ε) (Internal energy, U) Άθροισμα κινητικής και δυναμικής ενέργειας σωματιδίων που απαρτίζουν ένα σύστημα Μετρήσιμο μέγεθος: ΔΕ = Ε τελ -Ε αρχ ή Ε προϊόντων Ε αντιδρώντων ΔE συστ = ΔE περιβ ΔE συστ = ΔE περιβ ΔΕ ολική = ΔΕ συστ +ΔΕ περιβ = 0 Πρώτος Νόμος Θερμοδυναμικής: Αρχή διατήρησης ενέργειας: συνολική ενέργεια σταθερή, δεν δημιουργείται ούτε καταστρέφεται (αλλά μετασχηματίζεται π.χ. από χημική σε μηχανική, ωσμωτική ενέργεια κλπ) 5

Ενθαλπία (H) Ενθαλπία: Η = Ε + P V (εν-θάλπειν) ΔΗ= ΔΕ + Δ (Ρ, V) πιο γενικά q = m c s ΔΤ (c s ειδική θερμοχωρητικότητα specific heat capacity) Μονάδα: 1 cal (= 4,18 J) Ορίζεται ως η ποσότητα θερμότητας για άνοδο 1 g νερού από 14,5 C στους 15,5 C Θερμιδόμετρο τύπου κούπας καφέ από φελιζόλ Δεν υπάρχει διαφορά μεταξύ ΔΕ και ΔΗ όταν η αντίδραση δεν περιέχει αέρια! Στις βιοχημικές αντιδράσεις ΔP, ΔV αμελητέες. 6

Θερμοχημεία Στη Χημεία/Βιοχημεία, μας ενδιαφέρει η ΔΗ και όχι η ΔΕ Μετρήσιμο μέγεθος: ΔΗ αντίδρασης = Η προϊόντων Η αντιδρώντων Εξαρτάται από τη φύση των αντιδρώντων, φυσική κατάσταση αντιδρώντων + προϊόντων, T, P C (s) + 2H 2(g) CH 4(g), ΔΗ αντ = -74,7 kjmol -1 ΔΗ αρνητικό έκλυση θερμότητας Εξώθερμη αντίδραση ΔΗ θετικό απορρόφηση θερμότητας Ενδόθερμη αντίδραση 7

Νόμος του Hess «Όταν μια χημική αντίδραση μπορεί να γραφεί ως άθροισμα δύο ή περισσοτέρων αντιδράσεων, τότε η μεταβολή της ενθαλπίας της συνολικής αντίδρασης ισούται με το άθροισμα των μεταβολών ενθαλπίας των επιμέρους αντιδράσεων» Η ενθαλπία καταστατική και εκτατική ιδιότητα Η μεταβολή της ενθαλπίας ανεξάρτητη του μηχανισμού Ζητούμενη ΔΗ για αντίδραση: ½ Ν 2(g) + O 2(g) NO 2(g) ΔΗ = +33,1 kj 8

Πρότυπες καταστάσεις, ΔΗ, ΔΗ σχημ Πρότυπες καταστάσεις: συνήθως 25 C = 298 K για καθαρό αέριο: πίεση 1 atm (και συμπεριφορά ιδανικού αερίου) Για καθαρό υγρό/στερεό: η πιο σταθερή μορφή υπό πίεση 1 atm Ουσία σε διάλυμα, C = 1 M ΔΗ = (Μεταβολή στη) πρότυπη ενθαλπία αντίδρασης: όταν όλα τα αντιδρώντα και προϊόντα σε πρότυπες καταστάσεις Πρότυπη ενθαλπία σχηματισμού (formation), ΔH σχημ : Μεταβολή της ενθαλπίας όταν σχηματίζεται 1 mole καθαρής ένωσης από τα συστατικά της στοιχεία Συστατικά στοιχεία πρέπει να είναι στις πρότυπες καταστάσεις ΔH σχημ για καθαρό στοιχείο στην πρότυπη κατάσταση = 0 kj/mol (εξ ορισμού) Πολλές μορφές άνθρακα C, αλλά ο γραφίτης έχει ΔH σχημ = 0 Η πρότυπη κατάσταση οξυγόνου είναι το διατομικό αέριο Ο 2 Στη στοιχειομετρία πρέπει ο συντελεστής να είναι 1 Ανευρίσκονται σε πίνακες 9

Υπολογισμός ΔΗ αντ από ΔΗ σχημ Κάθε αντίδραση μπορεί να γραφεί ως άθροισμα αντιδράσεων σχηματισμού για τα αντιδρώντα και τα προϊόντα ΔH αντ = Σ n p ΔH σχημ (προϊόντα) - Σn r ΔH σχημ (αντιδρώντα) 10

Εντροπία Είναι αυθόρμητες οι υπό εξέταση φυσικές ή χημικές μεταβολές? Οι περισσότερες εξώθερμες και ορισμένες ενδόθερμες: ΝΑΙ (π.χ. καύση ένωσης, οξείδωση Fe, διάλυση NaCl, λιώσιμο πάγου) Η μη-αυθόρμητη απαιτεί ενέργεια Εν-τρέπειν: μετασχηματίζω Εντροπία καταστατική συνάρτηση ΔS = S τελ - S αρχ Αύξηση αταξίας συστήματος αύξηση εντροπίας και ελάττωση πληροφορίας 11

Υπολογισμός εντροπίας S = k B ln W k B = R / n Avogadro = 8,314/6,023 10 23 J Κ -1 = σταθερά Boltzmann W = αριθμός πιθανών ενεργειακά ισοδύναμων διευθετήσεων των μορίων του συστήματος Μια ενεργειακή κατάσταση έχει μεγαλύτερη εντροπία όταν επιτρέπει μεγαλύτερη διασπορά της ενέργειας (ή τυχαιότητα) 12

Παραδείγματα αύξησης εντροπίας S αερίου > S υγρού > S στερεού S T2 > S T1, εάν Τ 2 >Τ 1 13

Δεύτερος Νόμος Θερμοδυναμικής: «Η ολική εντροπία του σύμπαντος [συστήματος και περιβάλλοντος] αυξάνεται πάντοτε σε μια αυθόρμητη διαδικασία (ΔS ολική >0)» ΔS ολική 0, διαδικασία αυθόρμητη επιτρεπτή ΔS ολική = 0, διαδικασία αντιστρεπτή (επιτρεπτή) ΔS ολική <0, διαδικασία αδύνατη Το σύμπαν ολοένα με μεγαλύτερη εντροπία Αυθόρμητη ανάμειξη δύο μη-αντιδρώντων αερίων 14

Αύξηση εντροπίας συνολικά Αντίδραση αερίων H 2 και O 2 προς νερό (H 2 O) Μείωση εντροπίας στο σύστημα Αύξηση εντροπίας στο περιβάλλον

Παραδείγματα στη Βιοχημεία Καταβολικές διαδικασίες (καύσεις) C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O Αύξηση μορίων και δη αερίων + υγρών 16

Παραδείγματα στη Βιοχημεία #2 Π.χ. αλληλεπιδράσεις ενζύμου-υποστρώματος, ορμόνηςυποδοχέα, πρωτεΐνης-dna, αναδίπλωση πρωτεΐνης, βιοσυνθετικές - αναβολικές διεργασίες: σχηματισμός πολυπεπτιδικών ή πολυνουκλεοτιδικών αλυσίδων: Αυθόρμητες (αντιστρεπτές) επιτρεπτές μεταβολές! Φαινόμενο υδροφοβικότητας + δυνάμεις van der Waals μεταξύ μη πολικών μορίων ή μη πολικών περιοχών συσσωμάτωση 17 μεγαλύτερη εντροπία μορίων νερού! Τελικά ΔS ολική =0

Αρνητική εντροπία There is a tide in the affairs of men, Which, taken at the flood, leads on to fortune; Omitted, all the voyage of their life Is bound in shallows and in miseries. Ιούλιος Καίσαρας (Σαίξπηρ) 125 «τυχαία» γράμματα σε αταξία πληροφορία (negative entropy = negentropy) Οι ζωντανοί οργανισμοί πολύ οργανωμένες, μη τυχαίες δομές, πολύ πλούσιες σε πληροφορίες και φτωχές σε εντροπία 18

Τρίτος Νόμος Θερμοδυναμικής: «Στο απόλυτο μηδέν, επικρατεί πλήρης τάξη και η εντροπία μιας απόλυτα καθαρής ουσίας είναι μηδέν» (W 0) Μπορούν να υπολογισθούν απόλυτες τιμές εντροπίες, συνήθως πολύ μικρές: μετρήσιμες σε J M -1 K -1 και όχι kj M -1 K -1! S o σε πρότυπες καταστάσεις (25 C, 1 atm) [S o στοιχείων δεν είναι 0] Εξαρτάται από: -φάση -ΜΒ -αλλοτροπική μορφή -διαλυμένη μορφή C (s, διαμ) 2,4 C (s, γραφ) 5,7 19

Ελεύθερη ενέργεια Gibbs Υδροστατικό ανάλογο ελεύθερης ενέργειας ελεύθερη «χρήσιμη» ενέργεια για το σύστημα ΔG = ΔΗ - Τ ΔS (υπό σταθερή P, T) Για τις επιτρεπτές διαδικασίες με ΔS ολική 0: ΔG συστ < 0 Η αντίδραση είναι αυθόρμητη (εξεργονική) ΔG συστ > 0 Η αντίδραση είναι μη-αυθόρμητη (ενδεργονική) (αυθόρμητη είναι η αντίθετη) ΔG συστ = 0 Η αντίδραση είναι σε ισορροπία (αντιστρεπτή) 20

Επίδραση Τ στο αυθόρμητο μιας αντίδρασης ΔΗ ΔS ΔG Περιγραφή Ia. Ib. II. III. IVa. IVb. + + + Μη αυθόρμητη σε χαμηλή Τ - Αυθόρμητη σε υψηλή Τ + - + Μη αυθόρμητη σε κάθε Τ - + - Αυθόρμητη σε κάθε Τ - - + Μη αυθόρμητη σε υψηλή Τ ΔG = ΔΗ - Τ ΔS - Αυθόρμητη σε χαμηλή Τ 21

Αντίδραση κροτούντος αερίου Περίπτωση IV. 25 C 1 atm 22

Διάλυση NaCl στο νερό Περίπτωση Ι. 25 C 1 atm 23

Πρότυπη Ελεύθερη ενέργεια σχηματισμού ΔG 0 σχημ πρότυπη ελεύθερη ενέργεια σχηματισμού P = 1 atm, C = 1 M, T = 298 K ΔG 0 σχημ στοιχείων = 0 ΔG 0 σχημ = ΔΗ 0 σχημ. Τ S 0 Γενικά, οι τιμές των ΔG 0 σχημ και ΔΗ 0 σχημ δεν διαφέρουν πάρα πολύ Ο παράγοντας ΔS είναι σχετικά μικρός ΔG 0 αντ = Σn p ΔG 0 σχημ. προϊόντων Σn r ΔG 0 σχημ. αντιδρώντων 24

Χημική Ισορροπία k 1 αα + ββ γγ + δδ k 2 Σταθερά Χημικής Ισορροπίας K c : K c = k 1 /k 2 = [Γ] γ [Δ] δ / [Α] α [Β] β k 1, k 2 σταθερές ταχύτητας αντίδρασης Οι συγκεντρώσεις στερεών ή καθαρών υγρών παραλείπονται στην έκφραση της χημικής ισορροπίας 25

Σχέση ΔG και συγκεντρώσεων αα + ββ γγ + δδ ΔG = ΔG 0 + R T ln Q = ΔG 0 + 2,3 R T log Q όπου Q (quotient) = [Γ] γ [Δ] δ / [Α] α [Β] β Λόγος μάζας-δράσης Σε πρότυπες καταστάσεις Q = 1 ln1 = 0 ΔG = ΔG 0 + R T 0 = ΔG = ΔG 0 R = 8,315 J mol -1 K -1 = 1,987 2 cal mol -1 K -1 ln a = 2,303 log a 2,3 log a 26

Σχέση ΔG και σταθεράς ισορροπίας Σε κατάσταση ισορροπίας, ΔG = 0 και Q = K c ΔG = ΔG 0 + R T ln Q 0 = ΔG 0 + R T ln K c ΔG 0 = -R T lnk c = -2,3 R T logk c K c = 10 - ΔG0 /2,3 R T Η K c αλλάζει με τη θερμοκρασία K c lnk c ΔG 0 Στην ισορροπία (μετά από αρχικές πρότυπες καταστάσεις) >1 + - Προϊόντα > αντιδρώντα =1 0 0 Προϊόντα = αντιδρώντα <1 - + Προϊόντα < αντιδρώντα (γινόμενα συγκεντρώσεων) 27

Ανθρώπινος οργανισμός: χημειότροφος ετερότροφος οργανότροφος (αυτότροφοι) Οξείδωση καυσίμων με O 2 ΔS ολικό >0 ΔS in vivo! Η ζωή πάλη ενάντια στην αύξηση του S! ΔS συστ <0 ΔS ολικό 0 Αναγωγική διαδικασία + θερμότητα 28

Μεταβολισμός Καταβολικές (Καύσεις) Αναβολικές (Βιοσυνθετικές) Αμφιβολικές (π.χ. Krebs cycle) Διάμεσος: για μεταβολίτες με ΜΒ < 1000 Da 29

Συγκλίνουσες καταβολικές πορείες 30

Αποκλίνουσες αναβολικές πορείες Ακέτυλο-CoA Όταν π.χ. μία καταβολική πορεία ενεργοποιείται, η αναβολική καταστέλλεται: ένα τουλάχιστον ένζυμο στην πορεία διαφορετικό ρύθμιση υποστρώματος ή αλλοστερική ή ομοιοπολική ρύθμιση Επίσης τοπογραφικός διαχωρισμός και ρύθμιση συγκέντρωσης ενζύμων 31 Θερμοδυναμικός έλεγχος

Σύζευξη ενέργειας σε μηχανικές διεργασίες 32

Σύζευξη αντιδράσεων με ΑΤΡ 33

Σύζευξη ενέργειας σε δύο ανεξάρτητες βιοχημικές αντιδράσεις Εύρεση ΔG για συζευγμένες (coupled) αντιδράσεις Νόμος Hess ισχύει και για ΔG, ΔS -8 kcal? kcal 5 kcal Άθροισμα Αντίδρασης 1+2: Γλυκόζη + Pi + ATP 6-Ρ-Γλυκόζη + ADP + Pi Γλυκόζη + ATP 6-Ρ-Γλυκόζη + ADP ΔG 0 3 = ΔG 0 1 + ΔG 0 2 = 5+ (-8) = - 3 kcal/mol ΔG 0 αντ <0 αυθόρμητη Μέσω Εξοκινάσης 34

Εύρεση K eq συζευγμένης βιοχημικής αντίδρασης Βρείτε την K eq στους 25 C των προηγούμενων αντιδράσεων! [ΔG 3 = ΔG 1 + ΔG 2 = 5 + (-8) = -3 kcal/mol] 1) Γλυκόζη + Pi 6-Ρ-Γλυκόζη K eq1 2) ATP ADP + Pi K eq2 3) Γλυκόζη + ATP 6-Ρ-Γλυκόζη + ADP K eq3 ΔG 0 = - R T lnk eq = -2,3 R T logk eq K eq = 10 - ΔG 0/2,3 R T K eq1 = 6 10-3 K eq2 = 6,7 10 5 K eq3 = 4 10 3 K eq3 = K eq1 K eq2 35

Πρότυπη μετασχηματισμένη ΔG 0 [Η + ] σε φυσιολογική τιμή 10-7 και όχι 1 Μ (ph=0)! Όπου όλα τα ένζυμα θα ήταν αποδιαταγμένα όχι βιοχημικές αντιδράσεις [H 2 O]=1000/18=55,6 Μ Σε αραιά διαλύματα, ο διαλύτης είναι πυκνός και η ενεργότητα = 1 Πρότυπες συγκεντρώσεις 1 Μ ολική [ιονισμένη και μη ιονισμένη μορφή] Πρότυπη συνθήκη: 1 mm Mg +2 Ανθρώπινος οργανισμός: ανοιχτό σύστημα σε σταθεροποιημένη κατάσταση «ισοζυγίου» (steady state) Όχι σε ισορροπία (equilibrium)! 36

Σχέση ανάμεσα K eq και ΔG 0 37

ΔG 0 για υδρόλυση ενώσεων «υψηλής ενέργειας» (25 C, ph=7) Υπό συνήθεις συνθήκες, στο κύτταρο μεγαλύτερες ΔG (πιο αρνητικές) [συγκεντρώσεις ΑΤΡ, ADP, P i πολύ χαμηλότερες από τις πρότυπες (1 Μ) ~1-5mM και υπάρχει περίσσεια ΑΤΡ σε σχέση με ADP] 38

ATP ως «υψηλής ενέργειας» μόριο Το ΑΤΡ δωρίζει την ενέργεια του συνήθως με μεταφορά φωσφορικών ομάδων και όχι με απλή υδρόλυση Λόγοι μεγάλης ΔG ΑΤΡ σε σχέση με έναν απλό φωσφορικό εστέρα: 1) Μεγάλη ηλεκτροστατική άπωση στο αρχικό μόριο (ΑΤΡ) 4-39

2) Το παραγόμενο Pi σταθεροποιείται με συντονισμό! Μεσομερείς μορφές ορθοφωσφορικού (ανόργανου φωσφόρου, P i ): 40

3) Το παραγόμενο ADΡ αμέσως ιοντίζεται απελευθερώνοντας ένα Η + (σε ph = 7) 4) Μεγαλύτερος βαθμός ενυδάτωσης προϊόντων (ΑDΡ και P i ) σε σχέση με το αντιδρών ΑΤΡ 41

Μεταφορά ομάδας με ΑΤΡ 1) Όχι απλή υδρόλυση (1 αντίδραση) 2) Μεταφορά ομάδας (είτε P i είτε PP i είτε AMP) με ομοιοπολική σύνδεση στο υπόστρωμα ή στο ένζυμο (2 αντιδράσεις) Εξαίρεση: Ορισμένες μόνο διεργασίες αποτελούν υδρόλυση ATP (ή GTP): Μετακίνηση ενζύμων στο DNA ή ριβοσωμάτων στο mrna Ελικάσες, τοποϊσομεράσες G-proteins Σύνθεση γλουταμίνης από γλουταμινική συνθετάση 42

ΑΤΡ και μεταφορά ομάδων Μεταφορά φωσφορυλικών (-PΟ 2-3 ) και όχι φωσφορικών (-PO 42 -) Επίσης πυροφωσφορυλικών και αδενυλικών ομάδων Η υδρόλυση του φωσφοανυδρυτικού δεσμού μεταξύ α-β φωσφόρου απελευθερώνει περισσότερη ενέργεια από την αντίστοιχη του δεύτερου μεταξύ β-γ φωσφόρου 43

Διαφορετικές περιπτώσεις «δωρεάς» ΑΤΡ R R Υδρόλυση πυροφωσφορικού με πυροφωσφατάση R Μεταφορά φωσφορυλικής ομάδος: π.χ. στο γλουταμικό, στη γλυκόζη, στην Na/K ATPάση (ενεργό μεταφορά) Μεταφορά πυροφωσφορυλικού: π.χ. στη φωσφοριβόζη Μεταφορά αδενυλικού: στην ενεργοποίηση λιπαρού οξέος, στην ενεργοποίηση αμινοξέων, στη DNA/RNA σύνθεση Υδρόλυση μέσω ενζύμου: π.χ. στη ATPάση μυοσίνης (μυϊκή συστολή) ΑΤΡ υδρόλυση σε υδατικό δλμ. αν και εξεργονική, δεν ευνοείται κινητικά! Γίνεται όμως μέσω ενζύμων! 44

Ενώσεις «υψηλής ενέργειας» Ενδιάμεση εντόπιση ΑΤΡ Ενεργειακό «νόμισμα» Ενώσεις με «Υψηλό δυναμικό μεταφοράς ομάδας» 45 (καλύτερος ορισμός)