Modelo para armazenamento de energia e síntese dirigida. Sem (resp. Com) a transição tracejada laranja, a rede de reações químicas modela o armazenamento de energia (resp. síntese dirigida). A espécie de alta energia A2A2 está em baixa concentração no equilíbrio. Fornecer energia ao sistema por meio da quimiostatização de espécies de combustível (FF) e resíduos (WW) aumenta a formação de A2A2 a partir do monômero MM por meio das espécies ativadas M2M2 e A ∗ 2A2 ∗. a A rede de reação química (fluxos diretos são definidos no sentido anti-horário). Crédito: Nature Communications (2019). DOI:10.1038 / s41467-019-11676-x
Físicos da Universidade de Luxemburgo desenvolveram ferramentas teóricas para analisar e otimizar motores químicos, desde redes simples de reações químicas até complexas vias metabólicas.
O papel, "Eficiência termodinâmica em química dissipativa, "relata os resultados da pesquisa realizada pelo Prof. Massimiliano Esposito, Dr. Riccardo Rao e Ph.D. estudante Emanuele Penocchio da Faculdade de Ciências, Tecnologia e Comunicação na Universidade de Luxemburgo. Foi publicado em Nature Communications .
Termodinâmica, o ramo da física que lida com a conversão de energia e suas limitações, originou-se de um esforço para melhorar a eficiência de motores mecânicos, como motores a vapor ou de combustão. Na teoria padrão, as leis da termodinâmica nunca foram aplicáveis para caracterizar o desempenho de pequenos motores químicos, como células vivas.
Em motores mecânicos, a eficiência máxima nunca coincide com a potência máxima. A eficiência de um carro varia dependendo da velocidade. Se dirigido rapidamente com potência total, a eficiência na potência máxima é geralmente muito baixa.
As coisas são diferentes no mundo das moléculas, como Prof. Esposito, O Dr. Rao e o Sr. Penocchio descobriram. Os pesquisadores desenvolveram um novo método para aplicar princípios da termodinâmica a sistemas químicos. Essas descobertas podem ser úteis na bioengenharia ou nanotecnologia no futuro.
A pesquisa deu um passo para avaliar o custo termodinâmico para construir e manter uma célula funcionando. Por exemplo:quanta energia nos alimentos consumidos por uma célula é desperdiçada, e quanto é usado no nível químico? Os resultados registram as condições nas quais os sistemas funcionam com eficiência máxima e potência máxima simultaneamente.
"Normalmente assumimos que a natureza é muito eficiente graças às idades de evolução. Ao quantificar a eficiência de várias operações químicas em diferentes organismos, podemos ser capazes de colocar esses tipos de ideias em um terreno mais sólido um dia, contribuindo assim para uma melhor compreensão dos sistemas biológicos. Este estudo fornece a base para estudos de desempenho futuros e design ideal em química. Agora podemos responder a perguntas sobre a eficiência de qualquer operação feita por um sistema químico aberto, "Diz o Prof. Esposito.
