Todas as manifestações de vida requerem um abastecimento de energia

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1 Todas as manifestações de vida requerem um abastecimento de energia Em todos os seres vivos, dos mais simples unicelulares até aos seres vivos multicelulares, as manifestações de vida resultam de numerosas reacções químicas que, a nível n celular, apenas se efectuam com uma disponibilidade constante de matéria e energia. A fonte imediata de energia, essencial para as actividades celulares, é constituída por moléculas de ATP. As células c são sistemas complexos onde se realizam numerosas reacções químicas acompanhadas de transferências de energia. O conjunto de todas as reacções constitui o metabolismo celular As reacções de metabolismo podem considerar-se se 2 processos: Anabolismo Catabolismo 1

2 Anabolismo Conjunto de reacções químicas que conduzem à: Biossíntese de moléculas complexas a partir de moléculas mais simples. As moléculas sintetizadas são mais ricas sob o ponto de vista energético do que as moléculas que lhes deram origem. Catabolismo Conjunto de 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. Fermentação e Respiração aeróbia No mundo biológico existem processos catabólicos que permitem a transferência de energia de compostos orgânicos para moléculas de ATP. Tais processos podem ocorrer: Em presença a de oxigénio, AEROBIOSE Na ausência de oxigénio, ANAEROBIOSE 2

3 Experiência de Pasteur As leveduras são fungos unicelulares que se multiplicam rapidamente quando as condições do meio que lhes são propícias. A multiplicação das leveduras necessita de energia, que provem da degradação da glicose. Parte dessa energia dissipa-se se sob a forma de calor, o que determina a elevação da temperatura. A energia resultante é utilizada não sós para a sobrevivência das leveduras,, como também m para a sua multiplicação ão. Quando a multiplicação das leveduras é mais activa implica uma maior mobilização de energia. As diferenças quanto ao número n de leveduras em aerobiose (respiração) e anaerobiose (fermentação) relacionam-se com os processos que ocorrem em cada um dos casos. Fermentação C 6 H 12 O 6 2CH 3 CH 2 OH + 2CO 2 + Energia Respiração Aeróbia C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6H 2 O + 6CO 2 + Energia Glicólise lise Na respiração aeróbia e na fermentação ocorre uma 1ª 1 fase comum, a: Glicólise lise (Glykys = açúa çúcar + lysis = dissolução, libertação) As reacções de Glicólise lise ocorrem no Hialoplasma,, onde se encontram as enzimas que catalisam as diversas reacções. 3

4 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 moléculas de ATP. O rendimento energético da glicólise é de 2 ATP Glicólise A segunda parte da fermentação Consiste na redução do ácido resultante da glicólise. lise. Cada molécula de ácido é reduzida pelo hidrogénio que é libertado pelo NADH produzido na glicólise lise,, originando, conforme o tipo de organismo fermentativo, ácido lácticol ou álcool etílico e dióxido de carbono. Assim, o rendimento energético líquido deste processo fermentativo é de apenas 2 moléculas de ATP por cada molécula de glicose degradada (recordemos que para activar a glicose foram investidos 2 ATP e que no final se produzem 4 ATP). 4

5 Fermentação Muitos organismos, particularmente microorganismos que vivem em meios onde o oxigénio está quase ou completamente ausente, obtêm energia por processos anaeróbios bios,, sendo a Fermentação uma via catabólica que ocorre nessas condições. Fermentação Alcoólica Fermentação Láctica Leveduras Bacilos lácticos Glicose 2 etanol + 2CO ATP Glicose 2 ácido láctico + 2 ATP Este processo é,, portanto, muito pouco eficiente, pois apenas 4% da energia contida na molécula de glicose é disponibilizada para o organismo. A fermentação não utiliza oxigénio e decorre no citoplasma das células, c sendo cada etapa catalisada com a ajuda de uma enzima diferente. Fermentação Alcoólica lica Ocorre por exemplo no fabrico de pão, na qual intervêm leveduras que fazem parte do chamado fermento de padeiro.. O álcool (etanol) que se forma vaporiza-se facilmente e o CO 2, constituindo bolhas, torna a massa do pão mais fofa. É o chamado levedar do pão. Na produção de Cerveja e na vinicultura... 5

6 Fermentação LácticaL Ocorre em diversos microorganismos,, como, os bacilos lácticos. l É responsável por azedar e coalhar o leite. Estes fenómenos devem-se à presença a de ácido láctico l formado na fermentação láctica, l o qual, alterando o ph do meio, provoca a coagulação das proteínas. Importante no fabrico de queijo e iogurtes. Nas células c musculares humanas, durante um exercício cio físico f intenso, pode ocorrer fermentação láctica, l além m da respiração aeróbia. Resumindo A Fermentação é uma via catabólica que conduz à oxidação incompleta de substâncias orgânicas, como a glicose. A Glicólise lise é a 1ª 1 fase da fermentação, durante a qual a glicose é transformada em ácido vico,, ocorrendo a formação de ATP e de NADH. Há vários tipos de fermentação, entre os quais as fermentações alcoólica lica e láctica. l O rendimento energético da fermentação é de 2 ATP formados durante a Glicólise lise. Os processos de Fermentação decorrem no Hialoplasma celular. 6

7 A fermentação degrada a glicose em moléculas menores mas ainda ricas em energia. A respiração aeróbia, liberta a totalidade da energia contida na molécula de glicose pode-se comprovar analisando os produtos finais deste processo (água( e dióxido de carbono), que são exactamente os mesmos utilizados na sua síntese. O conjunto das reacções da respiração celular aeróbia é extremamente complexo e consideram-se se geralmente as seguintes etapas: Glicólise lise decorre no citoplasma e consiste na degradação da glicose em ácido vico. É designada a fase anaeróbia da respiração pois é exactamente igual ao processo com o mesmo nome que decorre na fermentação. 7

8 Oxidação do ácido Decorre ainda no citoplasma e produz acetilcoenzima A. Inicia-se aqui a diferença a entre a fermentação e a respiração aeróbia, pois o ácido vai ser descarboxilado (liberta uma molécula de dióxido de carbono) e transforma-se se em ácido acético tico. Este é desidrogenado (liberta hidrogénio que reduz NAD + a NADH) e combina-se com a coenzima A, formando acetilcoenzima A. O grupo acetil da acetilcoenzima A será transferido para o interior da mitocôndria,, onde decorrem as etapas seguintes do processo. Respiração Aeróbica Nas células c eucarióticas existem estruturas, as mitocôndrias,, no interior das quais ocorrem etapas fundamentais da respiração aeróbia. As moléculas de ácido que entram na mitocôndria ao nível n da matriz são oxidadas e descarboxiladas,, constituindo-se se um composto intermédio que vai intervir num ciclo de reacções, o Ciclo de Krebs. 8

9 Durante o Ciclo... Ocorrem descarboxilações e oxidações de diversos compostos. Os H removidos vão reduzir moléculas de transportadores de H, como, o NAD+, constituindo-se se moléculas de elevado nível n energético tico,, o NADH. Efectua-se a síntese s de 2 moléculas de ATP por cada molécula de glicose degradada. Após s as reacções que ocorrem na matriz das mitocôndrias e por cada molécula de glicose, o rendimento energético é de 4 ATP (2 como resultado da glicólise lise,, no hialoplasma e 2 na matriz mitocondrial)... 9

10 Na membrana interna da mitocôndria... As moléculas que transportam H (NADH), transferem os electrões captados para cadeias de transportadores de electrões Cadeias Respiratórias rias situadas na membrana interna das mitocôndrias. A disposição das moléculas transportadoras de electrões na membrana interna condiciona o fluxo de electrões. Do último transportador os electrões fluem para o oxigénio, o qual capta um par de iões H + da matriz, formando-se água. O oxigénio é,, portanto, o aceptor final de electrões na respiração aeróbia. O fluxo de electrões através s das cadeias respiratórias rias mobiliza muita energia. Se essa energia fosse transferida toda de uma sós vez, seria suficiente para destruir a célula c e dissipar-se se-ia sob a forma de calor. Mas não é isso que acontece, pois os electrões ao serem transferidos vão passando para níveis n energéticos sucessivamente mais baixos, havendo uma transferência gradual de energia. Parte da energia transferida vai permitir a síntese s de um número n de moléculas de ATP superior ao produzido nas fases anteriores. Pelo facto de a produção de ATP estar associada a oxirredução, o processo é designado por Fosforilação Oxidativa. Cadeias Respiratórias 10

11 Rendimento da Respiração Aeróbia Estrutura ATP formado ATP mobilizado Hialoplasma 4 2 Mitocôndria Matriz Membrana interna Saldo = 38 ATP Para além m dos processos de fermentação e de respiração aeróbia, existem seres vivos, como certas bactérias rias,, vivendo em meios privados de oxigénio, que utilizam outro mecanismo de mobilização de energia, designado por respiração anaeróbia bia. Neste processo, o aceptador final de electrões é um ião inorgânico,, como NO 3- ou SO 2+ 4 e não o oxigénio. 11

12 Apesar da perda de energia sob a forma de calor, a célula c ainda consegue sintetizar 38 moléculas de ATP,, em vez de apenas 2. Esta enorme vantagem em rendimento energético permite um metabolismo muito mais acelerado em organismos aeróbios que o presente em seres fermentativos ou anaeróbios. 12