astrobiologia. zonas habitáveis azevedolab.net do sistema ... · azevedolab.net tarefas...
TRANSCRIPT
Astrobiologia.Zonas Habitáveis do Sistema Solar
Prof. Dr. Walter F. de Azevedo Jr.
azevedolab.net
azevedolab.net
Tarefas (resolução)
1) Calcule a energia livre para as moléculas da tabela abaixo. Considere T = 298,15 K.
Ligantes Kd (nM) Gbinding (J/mol)
Molécula 1 1,00 -51369,2
Molécula 2 10,00
Molécula 3 100,00
Molécula 4 1000,00
Δ𝐺𝑏𝑖𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔 = 𝑅𝑇𝑙𝑛 𝐾𝑑 = 8,314.298,15. 𝑙𝑛 10,00. 10−9
Δ𝐺𝑏𝑖𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔 = −45661,5𝐽/𝑚𝑜𝑙
Δ𝐺𝑏𝑖𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔 = 2478,8191. 𝑙𝑛 10,00. 10−9
Δ𝐺𝑏𝑖𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔 = 2478,8191. −18,42068
Ligantes Kd (nM) Gbinding (J/mol)
Molécula 1 1,00 -51369,2
Molécula 2 10,00 -45661,5
Molécula 3 100,00
Molécula 4 1000,00
azevedolab.net
Tarefas (resolução)
1) Calcule a energia livre para as moléculas da tabela abaixo. Considere T = 298,15 K.
Ligantes Kd (nM) Gbinding (J/mol)
Molécula 1 1,00 -51369,2
Molécula 2 10,00 -45661,5
Molécula 3 100,00
Molécula 4 1000,00
Δ𝐺𝑏𝑖𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔 = 𝑅𝑇𝑙𝑛 𝐾𝑑 = 8,314.298,15. 𝑙𝑛 100,00. 10−9
Δ𝐺𝑏𝑖𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔 = −39953,8𝐽/𝑚𝑜𝑙
Δ𝐺𝑏𝑖𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔 = 2478,8191. 𝑙𝑛 100,00. 10−9
Δ𝐺𝑏𝑖𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔 = 2478,8191. −16,118
Ligantes Kd (nM) Gbinding (J/mol)
Molécula 1 1,00 -51369,2
Molécula 2 10,00 -45661,5
Molécula 3 100,00 -39953,8
Molécula 4 1000,00
azevedolab.net
Tarefas (resolução)
1) Calcule a energia livre para as moléculas da tabela abaixo. Considere T = 298,15 K.
Ligantes Kd (nM) Gbinding (J/mol)
Molécula 1 1,00 -51369,2
Molécula 2 10,00 -45661,5
Molécula 3 100,00 -39953,8
Molécula 4 1000,00
Δ𝐺𝑏𝑖𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔 = 𝑅𝑇𝑙𝑛 𝐾𝑑 = 8,314.298,15. 𝑙𝑛 1000,00. 10−9
Δ𝐺𝑏𝑖𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔 = −34246,2𝐽/𝑚𝑜𝑙
Δ𝐺𝑏𝑖𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔 = 2478,8191. 𝑙𝑛 1000,00. 10−9
Δ𝐺𝑏𝑖𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔 = 2478,8191. −13,81551
Ligantes Kd (nM) Gbinding (J/mol)
Molécula 1 1,00 -51369,2
Molécula 2 10,00 -45661,5
Molécula 3 100,00 -39953,8
Molécula 4 1000,00 -34246,2
azevedolab.net
Tarefas (resolução)
2) Recupere os dados do PDB de constante de dissociação (Kd) de quatro estruturas
distintas de RNA e calcule a energia livre de Gibbs para estas estruturas. Considere T =
298,15 K.
Código PDB Kd (nM) Gbinding (J/mol)
4KQY 19,0
4JF2 17,9
4ERJ 3100000
4ERL 570000
Código PDB Kd (nM) Gbinding (J/mol)
4KQY 19,0 -44070,5
4JF2 17,9 -44218,3
4ERJ 3100000 -14318,5
4ERL 570000 -18516,5
azevedolab.net
Tarefa (continuação)
3) Para os dados de constante de dissociação (Kd) do exercício anterior, calcule a energia
livre de Gibbs para estas estruturas. Considere T = 373,15 K, a temperatura encontrada
em fontes hidrotermais.
Código PDB Kd (nM) Gbinding (J/mol)
(T = 298,15 K)
Gbinding (J/mol)
(T=373,15K)
4KQY 19,0 -44070,5 -55156,5
4JF2 17,9 -44218,3 -55341,5
4ERJ 3100000 -14318,5 -17920,4
4ERL 570000 -18516,5 -23174,3
azevedolab.net
4) Compare as energias calculadas nos exercícios 2 e 3 e determine em qual temperatura
a interação com ligantes é mais favorável. Considerando-se um cenário da Terra pré-
biótica, discuta as consequências das comparações de energia de ligação para o
surgimento da vida. Qual temperatura é mais favorável para o surgimento da vida?
Resposta: Sem considerar a estabilidade das macromoléculas em alta temperatura, a
temperatura de 100oC é mais favorável ao surgimento de vida, pois envolve energias
menores para a interação com ligantes, o que favorece a formação de complexos do RNA
com metabólitos. A diminuição da energia livre de Gibbs, deve-se ao aumento da entropia
com a elevação da temperatura.
Código PDB Kd (nM) Gbinding (J/mol)
(T = 298,15 K)
Gbinding (J/mol)
(T=373,15K)
4KQY 19,0 -44070,5 -55156,5
4JF2 17,9 -44218,3 -55341,5
4ERJ 3100000 -14318,5 -17920,4
4ERL 570000 -18516,5 -23174,3
azevedolab.net
Fonte: <https://apod.nasa.gov/apod/image/0007/uvEarth_ap16_big.jpg>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
Imagem com pseudocor da Terra brilhando em ultravioleta. A partir da absorção da luz UV do Sol, átomos de oxigênio da atmosfera
Terrestre fluorescem, aparecendo na imagem com a cor dourada. Quanto mais alto na atmosfera, mas rarefeito é o oxigênio, o que
aparece na imagem como verde.
azevedolab.net
Fonte: <https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/coastal-zone-color-scanner>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
These images show season-long composites of ocean chlorophyll concentrations derived from visible radiometric measurements made by
the VIIRS instrument on Suomi NPP. This false-colored images make the data stand out. The purple and blue colors represent lower
chlorophyll concentrations. The oranges and reds represent higher chlorophyll concentrations. These differences in color indicate areas
with lesser or greater phytoplankton biomass.
azevedolab.net
Fonte: <https://www.helioseducore.com/wp-content/uploads/2019/04/main-qimg-14c6a797dc0f0a95f6c3b03422d1c801.png>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net
Fonte: <https://www.space.fm/astronomy/images/animations/anim_kepler1.gif>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net
Fonte: <https://www.space.fm/astronomy/images/animations/anim_kepler2.gif>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net
Fonte: <https://i.gifer.com/3QfT.gif>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net
Fonte: <http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/kepler.html>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
𝑇2 =4𝜋2
𝐺𝑀𝑎3
Período orbital
Constante da gravitação
Massa do planeta
Semieixo da elipse
azevedolab.net
Fonte: <https://i.gifer.com/3QfT.gif>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net
Fonte: <https://i.pinimg.com/originals/5f/d3/22/5fd322583bf4bdca8feef5dabcce402a.gif>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net
azevedolab.net
Fonte: <https://i.imgur.com/JoWKqnO.gif?noredirect>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net Cálculo do Balanço Energético de um Planeta
𝐹𝐸𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑐𝑒𝑝𝑡𝑎𝑑𝑎 = 𝜋𝐾𝑠𝑅2
Fluxo energético incidindo sobre o planeta (W)
Constante solar (para Terra Ks = 1361 W/m2)
Raio do planeta (m)
azevedolab.net Cálculo do Balanço Energético de um Planeta (Albedo)
Fonte: <http://www.temis.nl/surface/gome2_ler/movies/surface_LER_GOME-2_movie_of_PMD-LER.gif>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net Cálculo do Balanço Energético de um Planeta (Albedo)
Fonte: <https://www.isro.gov.in/sites/default/files/article-files/node/4051/mom_1.jpg>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net Cálculo do Balanço Energético de um Planeta (Albedo)
Fonte: <https://www.isro.gov.in/sites/default/files/article-files/node/4051/slide0004_image010.gif>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.netRepresenta a luz refletida pelo planeta
(0<albedo<1)
𝐹𝐸𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑎 = 𝜋𝐾𝑠 1 − 𝑎𝑙𝑏𝑒𝑑𝑜 𝑅2
Fluxo energético absorvido pelo planeta (W)
Constante solar (para Terra Ks = 1361 W/m2)
Raio do planeta (m)
Cálculo do Balanço Energético de um Planeta
azevedolab.net
Fonte: <https://steemitimages.com/DQmSXqSXPGdcPQiP3EfaZZQhipbZJg2RsAZmVTpUJvcGetZ/output_final_radiation.gif>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
Cálculo do Balanço Energético de um Planeta
azevedolab.net
𝐹𝐸𝑒𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑜 = 4𝜋𝑅2𝜎𝑇4
Fluxo energético emitido pelo planeta (W)
Constante de Stefan-Boltzmann
= 5,670373 x 10-8 watts / m2 K4
Raio do planeta (m) Temperatura do planeta (K)
Cálculo do Balanço Energético de um Planeta
azevedolab.net
Fonte: <https://www.researchgate.net/figure/
Blackbody-radiation-curves-based-on-Stefan-Boltzmanns-law-with-temperatures-T-in_fig11_233793398>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
Cálculo do Balanço Energético de um Planeta
azevedolab.net
Fonte:<http://www.astro.umass.edu/~myun/teaching/a100_old/images/planck.jpg>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
Cálculo do Balanço Energético de um Planeta
azevedolab.net
Fonte:<http://migall.fastmail.fm.user.fm/astronomy/stars_and_nebulae/stars_detail/Main_sequence_anim.gif>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
Cálculo do Balanço Energético de um Planeta
azevedolab.net
𝐹𝐸𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑎 = 𝜋𝐾𝑠 1 − 𝑎𝑙𝑏𝑒𝑑𝑜 𝑅2
𝐹𝐸𝑒𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑜 = 4𝜋𝑅2𝜎𝑇4
𝐹𝐸𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑎 = 𝐹𝐸𝑒𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑜
Cálculo do Balanço Energético de um Planeta
azevedolab.net
𝐹𝐸𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑎 = 𝜋𝐾𝑠 1 − 𝑎𝑙𝑏𝑒𝑑𝑜 𝑅2
𝐹𝐸𝑒𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑜 = 4𝜋𝑅2𝜎𝑇4
𝜋𝐾𝑠 1 − 𝑎𝑙𝑏𝑒𝑑𝑜 𝑅2 = 4𝜋𝑅2𝜎𝑇4
𝑇4 =𝜋𝐾𝑠 1 − 𝑎𝑙𝑏𝑒𝑑𝑜 𝑅2
4𝜋𝑅2𝜎
𝑇 =4 𝐾𝑠 1 − 𝑎𝑙𝑏𝑒𝑑𝑜
4𝜎
Cálculo do Balanço Energético de um Planeta
azevedolab.netExemplo: Terra
Dados:
Albedo = 0,31
KS = 1361 W/m2
= 5,670373 x 10-8 watts / m2 K4
𝑇 =4 𝐾𝑠 1 − 𝑎𝑙𝑏𝑒𝑑𝑜
4𝜎=
4 1361 1 − 0,31
4.5,670373 . 10−8
𝑇 =44140336094,29220 = 253,66 𝐾
𝑇𝑐 =253,66 -273,15 = -19,49o C A temperatura prevista está
abaixo do ponto de
congelamento.
A temperatura média da Terra é
~14o C.
Cálculo do Balanço Energético de um Planeta
azevedolab.net
Fonte: <https://media0.giphy.com/media/1lwtquKquRLGwFAQVU/giphy.gif >.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net
Fonte: <https://climate.nasa.gov/internal_resources/1818>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net
34
Sol
1. Moléculas de oxigênio
(O2) são convertidas em
2 átomos de oxigênio (O),
num processo chamado
fotólise.
2. Ozônio e átomos de
oxigênio são convertidos
continuamente conforme a
radiação UV quebra o
ozônio e o oxigênio reage
com outra molécula de O2.
3. Ozônio é perdido por meio de
uma reação com o átomo de
oxigênio (O3 + O· → 2 O2 ) ou com
outra molécula de ozônio, ou ainda
com algum gás como o cloro.
A interconversão
transforma a radiação UV
em energia térmica,
aquecendo a estratosfera.
O2
O3
O
O
Radiação UV
1
2
3
azevedolab.net
35
Absorção de < 242 nm
O2 O + O (1)
O2 + O + M O3 + M (2)
O3 O2 + O (3)Absorção de 190 < < 310 nm
Fonte: <http://www.sciencephoto.com/media/133659/enlarge >
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net
Fonte: <http://www.theozonehole.com/images/form_ozone.gif>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net
DU é a unidade Dobson (Dobson unit), que mede a densidade de um gás residual na atmosfera.
1 DU equivale a 2,69.1016 moléculas de ozônio por centímetro quadrado.
Ozônio (DU/km)
Fonte: <http://en.wikipedia.org/wiki/File:Ozone_altitude_UV_graph.svg>
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net
Fonte: <https://manyworlds.space/tag/habitable-zone/>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net
Fonte: <https://cdn.britannica.com/51/139551-050-F6477A81/stars-zones-areas-Sun-surface-water-result.jpg>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net
Fonte: <http://planetary-science.org/wp-content/uploads/2014/09/habitable.gif>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net
Fonte: <https://i1.wp.com/manyworlds.space/wp-content/uploads/2019/03/ooSUN_Habitable_Zones460.jpg?resize=625%2C440&ssl=1>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net
Fonte: <https://i1.wp.com/manyworlds.space/wp-content/uploads/2019/03/I09-06-coldearth-e1465499379895.jpg?resize=660%2C469&ssl=1>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net
Fonte: <https://i1.wp.com/manyworlds.space/wp-content/uploads/
2019/03/639303main_20120416-m1flare-orig_full-e1465510020232.jpg?resize=660%2C450&ssl=1>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net
Fonte: <https://www.nasa.gov/content/goddard/what-is-a-coronal-mass-ejection>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net
Fonte: <https://i0.wp.com/manyworlds.space/wp-content/uploads/2019/03/exoplanet-e1465491440374.png?resize=660%2C370&ssl=1>.
Acesso em 12 de setembro de 2019.
azevedolab.net
Tarefas
1) Calcule temperatura efetiva (Te) para os outros planetas do sistema solar, considerando
os dados abaixo.
Planeta Albedo Irradiação solar (W/m2) Te(oC )
Mercúrio 0,06 6272
Vênus 0,71 2576
Marte 0,17 492
Júpiter 0,73 45,9
Saturno 0,76 13,4
Urano 0,93 3,39
Netuno 0,84 1,47
azevedolab.net
Tarefas
2) Comparando-se as temperaturas efetivas com as temperaturas
médias de cada planeta, qual planeta apresenta maior diferença
percentual? Considere no denominador a temperatura média.
Explique a principal razão para a diferença.
Planeta Albedo Irradiação solar (W/m2) Te ( o C) Tmédia ( o C)
Mercúrio 0,06 6272 427
Vênus 0,71 2576 480
Terra 0,31 1361 -19,49 14
Marte 0,17 492 -63
Júpiter 0,73 45,9 -130
Saturno 0,76 13,4 -130
Urano 0,93 3,39 -200
Netuno 0,84 1,47 -200
azevedolab.net
Tarefas
3) Selecione um dos artigos para o seminário.
Artigo 01: Chatterjee S. A symbiotic view of the origin of life at hydrothermal impact
crater-lakes. Phys Chem Chem Phys. 2016;18(30):20033-20046. PubMed
Artigo 02: Chatterjee S, Yadav S. The Origin of Prebiotic Information System in the
Peptide/RNA World: A Simulation Model of the Evolution of Translation and the Genetic
Code. Life (Basel). 2019; 9(1). pii: E25. PubMed
Artigo 03: Koonin EV, Novozhilov AS. Origin and Evolution of the Universal Genetic
Code. Annu Rev Genet. 2017; 51:45-62. PubMed
Artigo 04: Koonin EV. Frozen Accident Pushing 50: Stereochemistry, Expansion, and
Chance in the Evolution of the Genetic Code. Life (Basel). 2017;7(2). pii: E22. PubMed
azevedolab.net
Material Relacionado à Aula
https://astrobiology.nasa.gov/news/exploring-early-earth-by-using-dna-as-a-fossil/
https://manyworlds.space/tag/habitable-zone/
https://manyworlds.space/2016/06/13/forget-the-habitable-zone-think-the-biogenic-zone/
https://exoplanets.nasa.gov/
https://astrobiology.nasa.gov/
https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/coastal-zone-color-scanner
https://scied.ucar.edu/planetary-energy-balance-temperature-calculate
https://www.teachastronomy.com/textbook/Properties-of-Stars/Stefan-Boltzmann-Law/