As células usam a hidrólise do trifosfato de adenosina, ATP, como fonte de energia. A conversão de ATP em ADP possui uma energia livre padrão de - 30,5 kJ/mol. Se toda a energia livre do metabolismo da glicose
é encaminhada para a conversão de ADP em ATP, quantos mols de ATP podem ser produzidos por mol de glicose metabolizada? Dados: entalpia padrão de formação e entropia absoluta padrão de
respectivamente iguais a-1273,2 kJ/mol e
.
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado dá e o que pede, sem resolver ainda.
-
O enunciado pede: se toda a energia livre da oxidação completa da glicose for usada para converter ADP em ATP, quantos mols de ATP são produzidos por mol de glicose.
-
Dados fornecidos no enunciado:
- A reação completa de oxidação:
- Energia livre padrão da hidrólise do ATP (isto é, para a conversão
): . (Logo, sintetizar 1 mol de ATP exige idealmente .) - Para a glicose estão dadas a entalpia padrão de formação e a entropia absoluta padrão:
-
. -
.
-
- A reação completa de oxidação:
-
Informações que faltavam (valores tabulados padrão) e que vou usar (retirados de tabelas termodinâmicas padrão; estou explicitando porque o enunciado não os deu):
-
. -
. -
. -
. -
. -
.
-
-
Suposições que vou adotar (comunicar explicitamente):
- Temperatura padrão
(25 °C). - A conversão é 100% eficiente (toda a energia livre disponível na oxidação vai para formar ATP).
- Uso das tabelas padrão para as espécies cuja informação não foi fornecida.
- Temperatura padrão
Passo 2
Explicar a ideia e as fórmulas que vou usar (aula rápida).
-
A energia livre padrão de reação
a é dada por: - Aqui
é a variação de entalpia padrão da reação (kJ/mol), é a variação de entropia padrão (kJ·K{-1}·mol{-1} ou J·K{-1}·mol{-1}), e é a temperatura em kelvin. - Significado físico:
é a energia “disponível” para fazer trabalho útil (por exemplo, sintetizar ATP) quando a reação ocorre sob condições padrão.
- Aqui
-
Como calcular
e a partir de valores padrões de formação: - Para entalpia:
onde são os coeficientes estequiométricos. - Para entropia:
- Depois converte-se
para as mesmas unidades de energia de (kJ/K) para usar na fórmula de .
- Para entalpia:
Passo 3
Calcular
usando as entalpias de formação (mostrando contas passo a passo).
- Soma das entalpias dos produtos:
Calcular:
- Soma das entalpias dos reagentes:
- Portanto
Passo 4
Calcular
usando as entropias padrão (contas detalhadas).
- Soma das entropias dos produtos (em
):
Calcular:
- Soma das entropias dos reagentes:
-
Portanto
-
Converter para
(dividindo por 1000):
Passo 5
Calcular
a
.
- Usando
: Calcular o termo : Então Arredondando, .
Passo 6
Determinar quantos mols de ATP podem ser formados.
- A cada mol de ATP sintetizado idealmente exige-se
(o enunciado deu a hidrólise com ). - Se toda a energia livre liberada pela oxidação (
) for usada para sintetizar ATP (100% eficiente), o número máximo de mols de ATP por mol de glicose é: Substituindo: Arredondando razoavelmente, por mol de glicose.
Passo 7
Observações finais (curtas e úteis para a prova)
- Este é um valor teórico máximo. Na célula real há perdas e limitações mecanísticas, por isso o número bioquímico observado (tipicamente
– ATP por glicose em respiração celular) é bem menor. - Principais fontes de incerteza aqui: valores tabulados usados para
, e ; temperatura; e o fato de que a constante padrão de hidrólise do ATP pode variar com pH, concentração de íons, etc.