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6.1 OBTENÇÃO DE ENERGIA TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS ― 6. 1 Obtenção de energia ― 6.2 Trocas gasosas TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS METABOLISMO CELULAR Anabolismo – reaç...

6.1 OBTENÇÃO DE ENERGIA TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS ― 6. 1 Obtenção de energia ― 6.2 Trocas gasosas TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS METABOLISMO CELULAR Anabolismo – reações metabólicas de síntese de moléculas mais complexas a partir de moléculas mais simples implicando consumo de energia. Metabolismo celular é um conjunto de reações Exemplo: Síntese proteica a partir de aminoácidos. bioquímicas e processos físicos que decorrem nas células e nos organismos. As reações metabólicas são catalisadas por enzimas. Catabolismo – reações metabólicas em que compostos químicos complexos são degradados em moléculas mais simples com libertação de energia. Exemplo: Oxidação da glicose na respiração celular. Reação anabólica Reação catabólica Glicose Frutose Sacarose TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS METABOLISMO CELULAR Catabolismo ― As vias catabólicas são classificadas de acordo com os aceitadores finais dos eletrões que resultam da oxidação dos compostos orgânicos: Respiração aeróbia – o aceitador final é o oxigénio. Respiração anaeróbia – os aceitadores finais são compostos inorgânicos diferentes do oxigénio (NO3-, SO42- ou CO2). Fermentação – o aceitador final de eletrões é um composto orgânico (piruvato). TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS RESPIRAÇÃO AERÓBIA Ultra estrutura da mitocôndria ― A mitocôndria é revestida por duas membranas. A membrana interna possui invaginações – cristas mitocondriais. ― No interior da mitocôndria (matriz) há uma solução aquosa de enzimas, glicose, transportadores de eletrões, ATP, ADP, grupos fosfato e outras moléculas indispensáveis para a respiração aeróbia. Matriz ― Na matriz da mitocôndria também se Ribossomas encontram ribossomas e DNA, cuja função DNA é a síntese de proteínas indispensáveis para a degradação oxidativa da glicose. Membrana interna Membrana externa Crista mitocondrial TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS RESPIRAÇÃO AERÓBIA ― A respiração aeróbia é o processo pelo qual as células transferem a energia de compostos orgânicos para o ATP, molécula que armazena energia “pronta a usar” pela célula, na presença de oxigénio. ― A glicose é o substrato mais comum da respiração aeróbia. ― A equação geral da respiração aeróbia é: C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H 2O + ATP glicose oxigénio dióxido de água energia carbono ― A respiração aeróbia é uma sequência de reações químicas catalisadas por enzimas. ― Nos seres eucariontes, a respiração aeróbia só é possível devido à existência de mitocôndrias. TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS RESPIRAÇÃO AERÓBIA ― Esta via metabólica consta de quatro etapas: glicólise, oxidação do piruvato, com formação de acetil-CoA, ciclo de Krebs, ou ciclo do ácido cítrico, e fosforilação oxidativa. Mitocôndria Mitocôndria NADH Citosol NADH NADH FADH2 FOSFORILAÇÃO OXIDAÇÃO Célula OXIDATIVA GLICÓLISE DO PIRUVATO CICLO eucariótica Glicose → Piruvato DE KREBS Transporte Piruvato → Acetil-CoA de eletrões e quimiosmose H2O C6H12O6 O2 CO2 ATP ATP ATP RESPIRAÇÃO AERÓBIA Glicólise Fase de ― Etapa em que ocorre a ativação da molécula de glicose e se ativação inicia a sua hidrólise. ― A glicólise ocorre no citoplasma. ― Está dividida em três fases: Fase de separação Fase de ativação – é fornecida energia da hidrólise de duas moléculas de ATP à glicose, para que se torne quimicamente ativa e se dê início à sua degradação. Fase de separação – há a separação em duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato (G3P), uma triose (C3). Fase de rendimento Fase de rendimento – as trioses sofrem fosforilação (ligação a um grupo fosfato) e oxidação (perdem eletrões para o NAD+, que passa a NADH). Algumas destas reações são exoenergéticas, permitindo formar quatro moléculas de ATP por cada molécula de glicose inicial. O produto final são duas moléculas de piruvato (C3). TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS RESPIRAÇÃO AERÓBIA Glicólise ― Por cada molécula de glicose que sofre oxidação no citosol formam-se: 2 moléculas de NADH. 2 moléculas de ATP (apesar de se formarem quatro moléculas de ATP, há um consumo inicial de duas moléculas de ATP para ativar a degradação da glicose); 2 moléculas de piruvato; TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS RESPIRAÇÃO AERÓBIA Oxidação do piruvato e formação de acetil-CoA ― Na presença de oxigénio, o piruvato formado no final da glicólise é transportado do citosol para a matriz mitocondrial, onde sofre uma descarboxilação, é oxidado e ligado à coenzima A (CoA), formando-se acetil-coenzima A (acetil-CoA). TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS RESPIRAÇÃO AERÓBIA Ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico ― O ciclo de Krebs ocorre na matriz da mitocôndria. ― Neste ciclo de reações, cada molécula de acetil CoA é oxidada em água e dióxido de carbono. ― As reações são catalisadas por enzimas. Destacam-se as descarboxilases (catalisam as descarboxilações) e as desidrogenases (catalisam as reações de oxidação-redução que conduzem à redução de transportadores de protões e eletrões, como o NAD+ e o FAD). TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS RESPIRAÇÃO AERÓBIA Ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico ― Uma vez que cada molécula de glicose origina duas moléculas de Acetil-CoA, para que uma molécula de glicose seja totalmente oxidada, as reações do ciclo de Krebs têm de ocorrer duas vezes, formando-se um total de: 6 moléculas de NADH 2 moléculas de FADH2 2 moléculas de ATP 4 moléculas de CO2 TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS RESPIRAÇÃO AERÓBIA Fosforilação oxidativa ― Nesta fase, são oxidadas as moléculas de NADH e FADH2 resultantes do ciclo de Krebs e que transportam eletrões e protões. Estes são captados pelo oxigénio, o aceitador final desta cadeia. ― Estas reações ocorrem entre o espaço intermembranar e a matriz mitocondrial. As proteínas que regulam este processo situam-se na membrana interna da mitocôndria. ― As reações da cadeia respiratória são exoenergéticas, sendo libertada energia que é em parte utilizada para fosforilar ADP em ATP. TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS RESPIRAÇÃO AERÓBIA Fosforilação oxidativa 1 Esta etapa compreende três processos: 1) A oxidação do NADH e do FADH2 fornece eletrões que percorrem a cadeia respiratória. 2) A energia do fluxo de eletrões é utilizada pelos 2 compostos I, III e IV para bombearem protões (H+) para o espaço intermembranar. 3) A energia potencial do gradiente de H+ é utilizada 3 pela ATP sintase para a formação de ATP por quimiosmose. TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS RESPIRAÇÃO AERÓBIA Mitocôndria Balanço energético da respiração aeróbia 2 NADH Citosol 2 NADH 6 NADH 2 FADH 2 FOSFORILAÇÃO OXIDAÇÃO OXIDATIVA GLICÓLISE DO PIRUVATO CICLO Transporte Glicose → Piruvato Formação de DE KREBS de eletrões e Acetil-CoA quimiosmose - 2 ATP + 4 ATP = 2 ATP + 2 ATP + cerca de 26 ou 28 ATP Na glicólise há produção de 4 ATP, De acordo com o processo de mas, como houve um gasto de 2 ATP transferência de eletrões do na fase de ativação, o ganho e de NADH para a matriz da apenas 2 ATP. mitocôndria. TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS FERMENTAÇÃO ― A fermentação é outra via metabólica para a obtenção de energia na ausência de oxigénio. ― Ocorre no citosol e leva à oxidação parcial da glicose. ― Tem como etapas a glicólise e a redução do piruvato. ― Existem diversos tipos de fermentação como a fermentação láctica e a alcoólica. TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS FERMENTAÇÃO Fermentação lática ― A fermentação lática é realizada por bactérias láticas e por células musculares quando privadas de oxigénio numa situação de esforço. ― O piruvato, que resulta da glicólise, é diretamente reduzido a lactato. ― Por cada molécula de glicose formam-se 2 moléculas de ATP (balanço final) e 2 moléculas de lactato. ― Este processo, realizado por certos fungos e bactérias, é utilizado na indústria de laticínios para produzir iogurte e queijo. TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS FERMENTAÇÃO Fermentação alcoólica ― A fermentação alcoólica é realizada por leveduras em situação de anaerobiose (sem oxigénio). ― O piruvato é descarboxilado, com libertação de dióxido de carbono, e o composto formado (acetaldeído) é posteriormente reduzido a etanol. ― Por cada molécula de glicose formam-se 2 moléculas de dióxido de carbono e 2 de etanol. ― A fermentação alcoólica é usada para a produção de bebidas alcoólicas (vinho e cerveja) e de pão. TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS FERMENTAÇÃO Comparação entre a respiração aeróbia e a fermentação Mitocôndria TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS FERMENTAÇÃO Comparação entre a respiração aeróbia e a fermentação Substrato Localização e Presença de Produtos Oxidação da Balanço Função Organismos inicial etapas oxigénio finais glicose energético Citosol: glicólise. Produção de Presente em Mitocôndria: 32 ATP (máx.)/ ATP por plantas, Respiração formação de Necessita Água e dióxido molécula de oxidação de Glicose Completa animais e aeróbia Acetil-CoA; de oxigénio de carbono glicose compostos noutros Ciclo de Krebs e oxidada orgânicos eucariontes fosforilação oxidativa Fermentação Característica Produção de lática: lactato 2 de muitos ATP por Citosol: glicólise Fermentação Não necessita ATP/molécula procariontes, Fermentação oxidação de Glicose e redução do alcoólica: Incompleta de oxigénio de glicose mas pode compostos piruvato etanol e oxidada ocorrer em orgânicos dióxido de eucariontes carbono TRANSFORMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DE ENERGIA PELOS SERES VIVOS