“Todas as manifestaç
manifestações de vida requerem um
abastecimento de energia”
energia”
Em todos os seres vivos, dos mais simples unicelulares até
até aos
seres vivos multicelulares, as manifestaç
manifestações de vida resultam de
numerosas reacç
reacções quí
químicas que, a ní
nível celular, apenas se
efectuam com uma disponibilidade constante de maté
matéria e
energia.
energia.
A fonte imediata de energia, essencial para as actividades
celulares, é constituí
constituída por molé
moléculas de ATP.
ATP.
As cé
células são sistemas complexos onde se realizam numerosas
reacç
reacções quí
químicas acompanhadas de transferências de energia.
O conjunto de todas as reacç
reacções constitui o metabolismo celular
As reacç
reacções de metabolismo podem considerarconsiderar-se 2 processos:
• Anabolismo
• Catabolismo
1
Anabolismo
Conjunto de reacç
reacções quí
químicas que conduzem à:
Biossí
Biossíntese de molé
moléculas complexas a partir de molé
moléculas mais
simples.
simples.
As molé
moléculas sintetizadas são mais ricas sob o ponto de vista
energé
energético do que as molé
moléculas que lhes deram origem.
origem.
Catabolismo
Conjunto de reacç
reacções de:
Degradação de moléculas complexas em moléculas mais simples..
Os produtos são mais pobres em energia que os reagentes.
De um modo global, as reacções de catabolismo são
exoenergéticas.
Fermentaç
Fermentação e Respiraç
Respiração aeró
aeróbia
No mundo bioló
biológico existem processos catabó
catabólicos que
permitem a transferência de energia de compostos orgânicos
para molé
moléculas de ATP.
Tais processos podem ocorrer:
•
Em presenç
presença de oxigé
oxigénio, AEROBIOSE
•
Na ausência de oxigé
oxigénio, ANAEROBIOSE
2
Experiência de Pasteur
As leveduras são fungos unicelulares que se multiplicam
rapidamente quando as condiç
condições do meio que lhes são propí
propícias.
A multiplicaç
multiplicação das leveduras necessita de energia, que provem da
degradaç
degradação da glicose.
glicose.
Parte dessa energia dissipadissipa-se sob a forma de calor, o que
determina a elevaç
elevação da temperatura.
A energia resultante é utilizada não só
só para a sobrevivência das
leveduras,
leveduras, como també
também para a sua multiplicaç
multiplicação.
ão.
Quando a multiplicaç
multiplicação das leveduras é mais activa implica uma
maior mobilizaç
mobilização de energia.
energia.
As diferenç
diferenças quanto ao nú
número de leveduras em aerobiose
(respiraç
(respiração) e anaerobiose (fermentaç
(fermentação) relacionamrelacionam-se com os
processos que ocorrem em cada um dos casos.
Fermentaç
Fermentação
C6H12O6
2CH3CH2OH + 2CO2 + Energia
Respiraç
Respiração Aeró
Aeróbia
C6H12O6 + 6O2
6H2O + 6CO2 + Energia
Glicó
Glicólise
Na respiraç
respiração aeró
aeróbia e na fermentaç
fermentação ocorre uma 1ª
1ª fase
comum, a:
Glicó
car + lysis = dissoluç
Glicólise (Glykys = açú
açúcar
dissolução, libertaç
libertação)
As reacç
reacções de Glicó
Glicólise ocorrem no Hialoplasma,
Hialoplasma, onde se
encontram as enzimas que catalisam as diversas reacç
reacções.
3
Glicose (6C)
Ácido Pirúvico
(3C)
Ocorrem reacções de
oxiredução
Ácido Pirúvico
(3C)
NAD+ + 2e- + 2H+
NADH + H+
(Nicotinamida Adenina Dinucleótipo)
Durante a Glicólise ocorrem transferências de
energia que permitem a síntese de 4
molé
moléculas de ATP.
ATP
O rendimento energético da glicólise é de 2 ATP
Glicólise
A segunda parte da fermentaç
fermentação
Consiste na reduç
redução do ácido pirú
pirúvico resultante da glicó
glicólise.
Cada molé
molécula de ácido pirú
pirúvico é reduzida pelo hidrogé
hidrogénio que é
libertado pelo NADH produzido na glicó
glicólise,
lise, originando, conforme o
tipo de organismo fermentativo, ácido lá
láctico ou álcool etí
etílico e
dió
dióxido de carbono.
carbono.
Assim, o rendimento energé
energético líquido deste processo fermentativo
é de apenas 2 molé
moléculas de ATP por cada molé
molécula de glicose
degradada (recordemos que para activar a glicose foram investidos
investidos
2 ATP e que no final se produzem 4 ATP).
4
Fermentaç
Fermentação
Muitos organismos, particularmente microorganismos que vivem em
meios onde o oxigé
oxigénio está
está quase ou completamente ausente,
obtêm energia por processos anaeró
anaeróbios,
bios, sendo a Fermentaç
Fermentação
uma via catabó
catabólica que ocorre nessas condiç
condições.
Fermentação Alcoólica
Leveduras
Glicose
2 etanol + 2CO 2 + 2 ATP
Fermentação Láctica
Bacilos lácticos
Glicose
2 ácido láctico + 2 ATP
Este processo é, portanto, muito pouco eficiente, pois
apenas 4% da energia contida na molé
molécula de glicose é
disponibilizada para o organismo.
A fermentaç
fermentação não utiliza oxigé
oxigénio e decorre no
citoplasma das cé
células, sendo cada etapa catalisada
com a ajuda de uma enzima diferente.
Fermentaç
Fermentação Alcoó
Alcoólica
Ocorre por exemplo no fabrico de pão, na qual intervêm leveduras
que fazem parte do chamado “fermento de padeiro”
padeiro”. O álcool
(etanol) que se forma vaporizavaporiza-se facilmente e o CO2, constituindo
bolhas, torna a massa do pão mais fofa. É o chamado “levedar”
levedar” do
pão.
Na produç
produção de Cerveja e na vinicultura...
5
Fermentaç
Fermentação Lá
Láctica
Ocorre em diversos microorganismos,
microorganismos, como, os bacilos lá
lácticos.
É responsá
responsável por azedar e coalhar o leite.
Estes fenó
fenómenos devemdevem-se à presenç
presença de ácido lá
láctico formado na
fermentaç
fermentação lá
láctica, o qual, alterando o pH do meio, provoca a
coagulaç
coagulação das proteí
proteínas.
Importante no fabrico de queijo e iogurtes.
Nas cé
células musculares humanas, durante um exercí
exercício fí
físico
intenso, pode ocorrer fermentaç
fermentação lá
láctica, alé
além da respiraç
respiração
aeró
aeróbia.
Resumindo
A Fermentaç
Fermentação é uma via catabó
catabólica que conduz à oxidaç
oxidação
incompleta de substâncias orgânicas, como a glicose.
A Glicó
Glicólise é a 1ª
1ª fase da fermentaç
fermentação, durante a qual a glicose é
transformada em ácido pirú
pirúvico,
vico, ocorrendo a formaç
formação de ATP e de
NADH.
Há vários tipos de fermentaç
fermentação, entre os quais as fermentaç
fermentações
alcoó
alcoólica e lá
láctica.
O rendimento energé
energético da fermentaç
fermentação é de 2 ATP formados
durante a Glicó
Glicólise.
lise.
Os processos de Fermentaç
Fermentação decorrem no Hialoplasma celular.
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A fermentaç
fermentação degrada a glicose em molé
moléculas menores mas
ainda ricas em energia.
A respiraç
respiração aeró
aeróbia, liberta a totalidade da energia contida na
molé
molécula de glicose – podepode-se comprovar analisando os produtos
finais deste processo (á
(água e dió
dióxido de carbono), que são
exactamente os mesmos utilizados na sua síntese.
O conjunto das reacç
reacções da respiraç
respiração celular aeró
aeróbia é
extremamente complexo e consideramconsideram-se geralmente as seguintes
etapas:
Glicó
Glicólise
decorre no citoplasma e consiste na degradaç
degradação da glicose em ácido
pirú
pirúvico.
vico. É designada a fase anaeró
anaeróbia da respiraç
respiração pois é
exactamente igual ao processo com o mesmo nome que decorre
na fermentaç
fermentação.
7
Oxidaç
Oxidação do ácido pirú
pirúvico
Decorre ainda no citoplasma e produz acetilcoenzima A.
IniciaInicia-se aqui a diferenç
diferença entre a fermentaç
fermentação e a respiraç
respiração aeró
aeróbia,
pois o ácido pirú
pirúvico vai ser descarboxilado (liberta uma molé
molécula
de dió
dióxido de carbono) e transformatransforma-se em ácido acé
acético.
tico.
Este é desidrogenado (liberta hidrogé
hidrogénio que reduz NAD+ a NADH) e
combinacombina-se com a coenzima A, formando acetilcoenzima A.
O grupo acetil da acetilcoenzima A será
será transferido para o interior da
mitocôndria,
mitocôndria, onde decorrem as etapas seguintes do processo.
Respiraç
Respiração Aeró
Aeróbica
Nas cé
células eucarió
eucarióticas existem estruturas, as mitocôndrias,
mitocôndrias, no
interior das quais ocorrem etapas fundamentais da respiraç
respiração
aeró
aeróbia.
As molé
moléculas de ácido pirú
pirúvico que entram na mitocôndria ao ní
nível
da matriz são oxidadas e descarboxiladas,
descarboxiladas, constituindoconstituindo-se um
composto intermé
intermédio que vai intervir num ciclo de reacç
reacções, o Ciclo
de Krebs.
Krebs.
8
Durante o Ciclo...
Ocorrem descarboxilaç
descarboxilações e oxidaç
oxidações de diversos compostos.
Os H removidos vão reduzir molé
moléculas de transportadores de H,
como, o NAD+, constituindoconstituindo-se molé
moléculas de elevado ní
nível
energé
energético,
tico, o NADH.
EfectuaEfectua-se a sí
síntese de 2 molé
moléculas de ATP por cada molé
molécula de
glicose degradada.
Apó
Após as reacç
reacções que ocorrem na matriz das mitocôndrias e por
cada molé
molécula de glicose, o rendimento energé
energético é de 4 ATP (2
como resultado da glicó
glicólise,
lise, no hialoplasma e 2 na matriz
mitocondrial)...
mitocondrial)...
9
Na membrana interna da mitocôndria...
mitocôndria...
As molé
moléculas que transportam H (NADH), transferem os electrões captados
para cadeias de transportadores de electrões – Cadeias Respirató
Respiratórias –
situadas na membrana interna das mitocôndrias.
mitocôndrias.
A disposiç
disposição das molé
moléculas transportadoras de electrões na membrana
interna condiciona o fluxo de electrões.
Do último transportador os electrões fluem para o oxigé
oxigénio, o qual capta um
par de iões H+ da matriz, formandoformando-se água. O oxigé
oxigénio é, portanto, o
aceptor final de electrões na respiraç
respiração aeró
aeróbia.
O fluxo de electrões atravé
através das cadeias respirató
respiratórias mobiliza
muita energia. Se essa energia fosse transferida toda de uma só
só
vez, seria suficiente para destruir a cé
célula e dissipardissipar-sese-ia sob a
forma de calor.
Mas não é isso que acontece, pois os electrões ao serem
transferidos vão passando para ní
níveis energé
energéticos sucessivamente
mais baixos, havendo uma transferência gradual de energia.
Parte da energia transferida vai permitir a sí
síntese de um nú
número de
molé
moléculas de ATP superior ao produzido nas fases anteriores. Pelo
facto de a produç
produção de ATP estar associada a oxirreduç
oxirredução, o
processo é designado por Fosforilaç
Fosforilação Oxidativa.
Oxidativa.
Cadeias
Respiratórias
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Rendimento da Respiraç
Respiração Aeró
Aeróbia
Estrutura
ATP formado
ATP
mobilizado
4
2
Matriz
2
-
Membrana
interna
34
-
Hialoplasma
Mitocôndria
Saldo
2 + 2 + 34 = 38 ATP
Para alé
além dos processos de fermentaç
fermentação e de respiraç
respiração
aeró
aeróbia, existem seres vivos, como certas bacté
bactérias,
rias, vivendo
em meios privados de oxigé
oxigénio, que utilizam outro mecanismo de
mobilizaç
mobilização de energia, designado por respiraç
respiração anaeró
anaeróbia.
bia.
Neste processo, o aceptador final de electrões é um ião
inorgânico,
inorgânico, como NO3- ou SO42+ e não o oxigé
oxigénio.
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Apesar da perda de energia sob a forma de calor, a cé
célula
ainda consegue sintetizar 38 molé
moléculas de ATP,
ATP, em vez de
apenas 2.
Esta enorme vantagem em rendimento energé
energético permite um
metabolismo muito mais acelerado em organismos aeró
aeróbios
que o presente em seres fermentativos ou anaeró
anaeróbios.
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