TURMA 100 - BIOENERGÉTICA II - BIOLOGIA

Bioenergética II: respiração celular { turma 100}

Como a energia é armazenada na célula?

Nas ligações fosfato da molécula de ATP.

ATP = Adenosina tri-fosfato;

Armazena nas suas ligações fosfatos à energia liberada na quebra da glicose;

Quando a célula precisa de energia para realizar alguma reação química, as ligações entre os fosfatos são quebradas, a energia é liberada e utilizada no metabolismo celular.

Essa molécula é formada pela união de uma adenina e uma ribose aderida a três radicais fosfato.

Aceptores intermediários de H⁺

NAD e FAD;

São aceptores intermediários de hidrogênio, ligando-se a prótons (H⁺) “produzidos” durante as etapas da respiração e cedendo-os para o oxigênio, que é aceptor final de hidrogênios.

NAD

FAD

Processos de liberação de energia:

Aeróbios: ocorre com a participação do oxigênio. Ele é o aceptor final de elétrons e hidrogênios;

Anaeróbios: Também chamado de FERMENTAÇÃO. Acontece sem a utilização de oxigênio. Os aceptores finais dependem do tipo de fermentação.

Respiração Aeróbica

Fases:

1. Anaeróbia (glicólise): não necessita de oxigênio para ocorrer e é realizada no citoplasma;
2. Aeróbia (ciclo de Krebs e cadeira transportadora de elétrons): requer e presença de oxigênio e ocorre dentro das mitocôndrias.

A respiração celular aeróbia degrada a glicose produzida na fotossíntese, liberando energia para a ressíntese de moléculas de ATP. 
O rompimento das ligações fosfato do ATP libera energia para diferentes atividades celulares.

A quebra da glicose libera energia que permite a ligação de fosfatos inorgânicos ao ADP (difosfato de adenosina), formando o ATP (trifosfato de adenosina) e permitindo o armazenamento dessa energia.

Quando a célula necessita realizar algum trabalho, um fosfato inorgânico é retirado do ATP (que se torna ADP) e há liberação de energia para a atividade celular.

O fosfato liberado pode ser usado para ressintetizar novamente o ATP.

As mitocôndrias geralmente têm a forma de bastonete e duas membranas lipoproteicas: a externa é lisa e a interna tem dobras chamadas de cristas mitocondriais. O espaço interno é preenchido pela matriz mitocondrial, onde existem enzimas, DNA, RNA e ribossomos. Por esse motivo são consideradas organelas independentes, pois sintetizam suas próprias proteínas.

RESPIRAÇÃO CELULAR

1ª etapa: os carboidratos e lipídeos, principalmente a glicose e os ácidos graxos, são as principais substâncias quebradas para a respiração celular.

A glicose é quebrada no citosol em um processo chamado glicólise, onde se formam duas moléculas de ácido pirúvico, liberando uma certa quantidade de energia (4 moléculas de ATP), que produz 2 moléculas de NADH2 e consome oxigênio.

       C₆H₁₂O₆    -à                  2 C₃H₄O₃

  Glicose                                     Ác. pirúvico

Glicólise

Quebra da glicose em:

2 moléculas de piruvato + NADH + ATP

Após a formação dos ácidos pirúvicos, eles entram na mitocôndria, sendo atacados então por desidrogenases e descarboxilases;

 Logo, são liberadas moléculas de CO₂ pela célula e hidrogênios que são capturados pelo NAD;

 O acetil formado combina-se com a Co-enzima A (Co-A) e a nova molécula (Acetil-CoA) começa o ciclo de Krebs .

•          RESPIRAÇÃO CELULAR

2ª etapa: o ácido pirúvico entra na mitocôndria e é convertido em acetil-coenzima A, que então é metabolizada pelo ciclo do ácido cítrico (Ciclo de Krebs);

Nessa etapa, uma quantidade de energia é liberada, sendo uma pequena parte utilizada para converter 3 NAD⁺ em 3 NADH .

No Ciclo de Krebs, a Acetil CoA sofre uma série de modificações que acabam produzindo ácido oxaloacético, para assim recomeçar o ciclo;

Essas reações liberam 2 moléculas de CO₂ e produzem 3 moléculas de NADH e 1 molécula de FADH₂.

•          Ciclo de Krebs

São liberados vários hidrogênios, que são então capturados pelos NAD e FAD, transformando-se em NADH₂ e FADH₂;

Ocorre também liberação de energia resultando na formação de ATP.

•          RESPIRAÇÃO CELULAR

3ª etapa: Depois, os elétrons de alta energia por complexos enzimáticos, onde os elétrons cedem energia e produzem 36 mols de ATP por mol de glicose consumida.

Esse processo é chamado fosforilapercorrem a cadeia transportadora de elétrons ou cadeia respiratória, que é composta ção oxidativa e ocorre na membrana interna da mitocôndria.

•          Cadeia Transportadora de Elétrons

Ocorre nas cristas mitocondriais;

Também chamado de Fosforilação Oxidativa.

É um sistema de transferência de elétrons provenientes do NADH₂ e FADH₂ até a molécula de oxigênio.

oxigênio), ocorre liberação de energia que é convertidaOs elétrons são passados de molécula para molécula presente nas cristas mitocondriais chamados CITOCROMOS.

Os elétrons são passados de molécula para molécula presente nas cristas mitocondriais chamados CITOCROMOS.

•          Quando o elétron “pula” de um citocromo para outro até chegar no aceptor final (o oxigênio), ocorre liberação de energia que é convertida em ATP.

Citocromos -São proteínas transferidoras de elétrons que possuem Fe e Cu e estão localizadas nas cristas da mitocondria.

As reações químicas da respiração aeróbia:

- quebram a molécula de glicose e liberam pequenas quantidades de energia para a célula utilizar;

- são reações de oxidação, que retiram átomos de hidrogênio da  molécula de glicose.

A FERMENTAÇÃO E A RESPIRAÇÃO

São duas vias catabólicas responsáveis pela transferência de energia de compostos orgânicos (glicose) para moléculas de ATP.

Em ambos os processos estão implicadas:

Reações de descarboxilação (perda de dióxido de carbono)

Reações de fosforilação (transferência de fosfato, Pi)

Transferências de energia do tipo oxidação – redução.

      A FERMENTAÇÃO

Processo simples e primitivo de obtenção de energia a partir de compostos orgânicos.

Seres anaeróbios facultativos

Organismos aeróbios que conservaram a capacidade de recorrer à fermentação para produzir energia, nos curtos períodos em que o oxigénio não se encontra disponível.

Seres anaeróbios obrigatórios

São seres que têm na fermentação a sua única fonte de obtenção de energia.

A fermentação ocorre na hialoplasma das células e compreende duas etapas:

Glicólise: conjunto de reações que degradam a glicose até ácido pirúvico ou piruvato.

Redução do piruvato: conjunto de reações que conduzem à formação dos produtos da fermentação (etanol, ácido láctico, ácido acético, etc.).

      A GLICÓLISE

As moléculas de glicose vão sofrer uma série de reações durante um processo denominado glicólise que é comum à respiração e à fermentação.

A glicólise ocorre no citoplasma das células.

Na glicólise, a glicose é parcialmente oxidada, formando por cada molécula:

Duas moléculas de ácido pirúvico (ou piruvato), constituídas por 3 átomos de carbono cada, que ainda contêm grande quantidade de energia nas suas ligações.

Duas moléculas de NADH, a partir da redução do NAD⁺.

Quatro moléculas de ATP, embora sejam consumidas duas moléculas de ATP na fase inicial, para ativar o processo.

      A REDUÇÃO DO ÁCIDO PIRÚVICO

Os produtos finais da fermentação alcoólica e da fermentação láctica diferem em função das reações que ocorrem a partir do ácido pirúvico.

Fermentação Alcóolica:

O ácido pirúvico experimenta a descarboxilação, libertando dióxido de carbono.

O composto formado é reduzido a etanol, um composto formado por 2 átomos de carbono.

Intervém o NADH formado na glicólise que é oxidado novamente a NAD⁺.

      Fermentação Láctica:

O ácido pirúvico experimenta redução ao combinar-se com os átomos de hidrogénio transportados pela molécula de NADH.

Forma-se ácido láctico, composto com três átomos de carbono.

      Podem existir outros tipos de fermentação:

      Fermentação acética: o produto final é o ácido acético (ex.: vinagre).

      Fermentação butírica: o produto final é o ácido butírico (ex.: provoca a alteração da manteiga).

      A FERMENTAÇÃO E O EXERCÍCIO FÍSICO INTENSO

Em caso de exercício físico intenso, as células musculares humanas, por não receberem oxigénio em quantidade suficiente, podem realizar a fermentação alcoólica, além da respiração aeróbia.

Desta forma, conseguem sintetizar uma quantidade suplementar de moléculas de ATP.

A acumulação de ácido láctico nos músculos é responsável pelas dores musculares que surgem durante estes períodos de intenso exercício.

O ácido láctico assim formado é rapidamente metabolizado no fígado, sob pena de se tornar altamente tóxico para o nosso organismo. 

      APLICAÇÕES PRÁTICAS DA FERMENTAÇÃO

Os mecanismos de fermentação nos microrganismos, além de permitirem mobilizar energia contida em moléculas orgânicas, como a glicose, conduzem também à síntese final de substâncias que têm sido utilizadas para proveito humano.

Fabricação de Pão:

O CO₂ libertado na fermentação alcoólica fica aprisionado na massa conferindo ao pão cozido o seu aspecto alveolar.

O álcool produzido evapora-se durante o cozimento da massa.

      Fabricação de Bebidas Alcoólicas:

O CO₂ é libertado e o álcool acumula-se.

No fabrico de vinho as leveduras encontram-se nas uvas e no fabrico da cerveja as leveduras encontram-se nos grãos de cereais.

      Fabricação de Produtos Lácteos e Fermentados:

A fermentação láctea é responsável pelo azedar e coagular do leite.

O ácido láctico mudando o pH do meio provoca a coagulação das proteínas do leite. 

      Fermentação

É o processo de degradação incompleta de substâncias orgânicas com liberação de energia, realizada principalmente por fungos e bactérias;

Existem diversos tipos de fermentação, que variam quanto ao produto final;

No processo de fermentação, o aceptor final de hidrogênios é o produto final.

Pode ser de dois tipos:

Fermentação Alcoólica;

Fermentação Láctica.

Fermentação Alcoólica

Finais: etanol, CO₂ e 2 ATPs;

Realizada por leveduras que são utilizadas na produção, pouco eficaz , no que diz respeito à liberação de energia, pois uma molécula de glicose só rende 2 ATPs.