3-Transformação e utilização de energia pelos seres vivos
Toda a atividade do ser vivo, dos mais simples aos mais complexos, necessita de uma fonte de energia. Ao conjunto de todas as reações químicas essenciais à vida, dá-se o nome de METABOLISMO CELULAR.
A energia localiza-se nas ligações entre átomos, quando estas ligações são quebradas liberta-se energia que não é diretamente utilizada, para poder ser utilizada pelas células, o ser vivo utiliza uma molécula aceptor de energia que já falamos, o ATP. Esta molécula é a transportadora universal de energia a nível celular. No ser vivo o ATP não se acumula, o que significa que estas moléculas estão sempre a ser produzidas e regeneradas.
Existem várias metabolismos que correspondem a diferentes reações que permitem produzir moléculas ATP.
O metabolismo celular ocorre em dois processos:
-Um resulta da degradação de substâncias complexas em simples com libertação de energia que irá ser transferida para as moléculas ATP - São as reações CATABÓLICAS e como há libertação de energia, dizem-se EXOENERGÉTICAS. O produto final da decomposição da molécula complexa é mais pobre em energia da que lhe deu origem.
Estas reações catabólicas podem dar-se em presença de oxigénio, isto é, AEROBIOSE, ou com ausência de oxigénio, ou seja, ANAEROBIOSE.
Dois exemplos de reações catabólicas, que serão aqui estudados, deste tipo de reações é a FERMENTAÇÃO (via anaeróbica) e RESPIRAÇÃO AERÓBICA (via aeróbia).
-Outro processo resulta da síntese de substâncias complexas a partir de outras mais simples, reações de ANABOLISMO. Nestas reações há consumo de energia por isso dizem-se ENDOENERGÉTICAS.
Como resultado da degradação da molécula de glicose, temos sempre um processo comum à fermentação e à respiração aeróbia, a GLICÓLISE.
GLICÓLISE
A molécula de glicose, é uma molécula estável, para que se inicie o processo de glicólise é necessário energia fornecida pelo ATP.
A molécula de glicose é composta por 6 átomos de Carbono e vai ser desdobrada, com a ajuda das enzimas e 2 moléculas ATP, em 2 moléculas com três átomos de carbono, cada uma. Após uma série de reações forma-se, no final, duas moléculas de PIRUVATO, duas moléculas de NADH e 4 moléculas de ATP. O rendimento energético neste processo é de duas moléculas ATP (gastaram-se 2, formaram-se 4, restaram 2).
Esta energia, na formação de moléculas ATP vem da sequências de reações que ocorrem na degradação das substâncias. Estas reações são reações de oxidação-redução. Ao dar-se inicio à degradação a molécula oxida, perde eletrões, liberta energia e os eletrões são cedidos a outra molécula que fica reduzida.
Oxidação - quando a molécula perde eletrões.
Redução - quando a molécula recebe eletrões.
3.1. Fermentação
A fermentação é um processo que ocorre no citoplasma da células (local onde existem as enzimas que intervém neste processo), cujo objetivo é a obtenção de energia. Consiste na degradação da molécula de glicose, como matéria inicial e numa sequência de reações que se agrupam em duas etapas.
Primeira: dá-se a degradação da molécula de glicose por GLICÓLISE que se transforma em ÁCIDO PIRÚVICO ou PIRUVATO;
Segunda: O piruvato é reduzido e é transformado em num outro produto, como álcool etílico ou etanol (fermentação alcoólica), ácido lático (fermentação lática) e ácido acético (fermentação acética).
Durante a glicólise a NAD (+) converte-se em NADH + H(+)e esta transporta eletrões e protões que vão ser utilizados nesta segunda fase para reduzir o Piruvato.
O produto final desta redução vai depender do ser onde ocorre a fermentação. Há seres em que a redução do piruvato leva à libertação de dióxido de carbono (descarboxilação), como por exemplo no fermento de padeiro (levedura), dá-se a descarboxilação, fermentação alcoólica) em que o produto resultante é o álcool etílico. Noutros seres não há esta descarboxilação, como por exemplo nas bactérias do iogurte e nas células musculares do Homem, trata-se da fermentação láctica e o produto é o ácido láctico.
As células musculares dos Homens utilizam com frequência a fermentação láctica que ocorre ao mesmo tempo que a respiração aeróbica. Isto acontece quando o oxigénio não é suficiente para degradar a molécula de glicose. Forma-se o ácido láctico para auxiliar a célula na obtenção de energia, embora este tipo de obtenção de energia não seja de grande rendimento, como vamos verificar na respiração aeróbica. O excesso de ácido láctico origina as caibras.
O Homem, há muito que utiliza o processo de fermentação na produção de alguns
alimentos e outros produtos, nomeadamente no fabrico do pão, no iogurte, na
cerveja, no vinho, no vinagre, entre outros, utilizando leveduras, bactérias
anaeróbias e fungos.
A respiração aeróbia ocorre numa primeira fase a glicólise, no citoplasma da célula (citosol ou hialoplasma) e numa segunda fase dentro das mitocôndrias. Ocorrem, então, uma série de reações oxidação-redução em que aceptor final de eletrões é o oxigénio e os produtos finais são a água e o dióxido de carbono.
Repara, na fermentação os produtos finais ainda eram ricos em energia, o que significa que o saldo final da degradação da molécula de glicose é muito maior na respiração aeróbia, pois a degradação da glicose originou dois produtos pobres em energia (CO2 e H2O).
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Nós já falamos das mitocôndrias, mas vamos relembrar. São organitos presentes nas células eucarióticas. São formadas por duas membranas fosfolipídicas, a externa é semelhante à membrana citoplasmática e a interna tem pregas formando as cristas mitocondriais orientadas para o interior onde se encontra a matriz mitocondrial. Dentro da mitocôndrias encontram-se proteínas, ribossomas e DNA. O número de mitocôndrias por célula é grande, principalmente em células cujo necessidade energética é elevada, como sejam as células nervosas, cardíacas, por exemplo. Basicamente, a mitocôndria recebe o piruvato, vindo da glicose e o oxigénio oxida numa série de reações em cadeia os compostos orgânicos, libertando energia transferida para moléculas ATP, formando-se água e dióxido de carbono. Esta energia será utilizada para a síntese de substâncias, divisão celular, transporte ativo, locomoção, etc.. |
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A respiração aeróbica faz-se em 4 fases:
1ª etapa - GLICÓLISE
Dá-se a degradação da molécula de glicose por GLICÓLISE que se transforma em ÁCIDO PIRÚVICO ou PIRUVATO, este processo ocorre no citosol da célula.
(descrito em cima)
2ª etapa - Formação de ACETIL-COENZIMA A
O piruvato entra na mitocôndria e na presença de oxigénio perde uma molécula de dióxido de carbono ( é descarboxilado) e perde um hidrogénio que serve para reduzir o NAD (+) para formar o NADH + H (+) (é oxidado).
PIRUVATO É DESCARBOXILADO E OXIDADO E FORMAM-SE duas ACETIL-COENZIMA A
3ª etapa - CICLO DE KREBS
No ciclo de Krebs dá-se na matriz da mitocôndria e é uma série de reações em que se dá oxidação completa da glicose, através de enzimas. Como se formam duas moléculas de acetil-coenzima A, dá-se dois ciclos de Krebs ao mesmo tempo.
O grupos Acetil da coenzima A combina-se com o ácido oxaloacético e forma o ácido cítrico.
Por cada molécula de glicose degradada forma-se no ciclo de Krebs: 6 moléculas de NADH, 2 moléculas de FADH2(função semelhante ao NADH), 2 moléculas de ATP e 4 moléculas de CO2.
4ª etapa - Cadeia transportadora de eletrões e fosforilação oxidativa
As moléculas transportadoras de eletrões, o NADH e o FADH2 vão percorrer uma cadeia transportadora de eletrões até chegarem ao oxigénio que é o aceptor final. Esta cadeia transportadora, ou cadeia respiratória é constituída por proteínas existentes na membrana interna da mitocôndria e as moléculas NADH e FADH2 ao passarem pela cadeia vão sendo reduzidas e oxidadas até chegarem o oxigénio, produzindo energia que irá servir para transformar o ADP em ATP (fosforilação oxidativa).
O Oxigénio quando recebe os eletrões reage com protões da matriz mitocondrial e forma água.
BALANÇO ENERGÉTICO DA FERMENTAÇÃO E DA RESPIRAÇÃO AERÓBICA
A respiração aeróbica em termos energéticos e utilizando o mesmo composto químico (a glicose), é muito mais rentável que a fermentação e esta é uma via muito mais rápida de obtenção de ATP.
http://wikiciencias.casadasciencias.org/index.php/Catabolismo
Uns consideram que na respiração aeróbica há um rendimento de 30 a 32 ATP, como o vosso manual, outros 34, outros 36 e 38 ATP, no entanto o rendimento da fermentação é comum a todos e é de 2 ATP.
A percentagem de energia aproveitada na respiração aeróbica de uma molécula de glicose é cerca de 34 a 38% e a da fermentação de 2 a 2,5%. A restante energia fica retida nos produtos finais e a maior parte é libertada sob a forma de calor.
