Aulão: 20/06/2015 Conteúdo: Metabolismo Energético Profº Davi Vergara Profº Roberto Fonseca ONDA que apenas transportam energia.

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1 Aulão: 20/06/2015 Conteúdo: Metabolismo Energético Profº Davi Vergara O Sol é o principal responsável pela existência de vida na Terra. A energia luminosa captada por algas e plantas é utilizada na produção de substâncias orgânicas. Ao comer seres fotossintéticos, os herbívoros aproveitam a energia contida nas moléculas das substâncias orgânicas ingeridas, utilizando-a em seus processos vitais. Os carnívoros, por sua vez, ao comerem herbívoros ou outros carnívoros utilizam as substâncias orgânicas destes para extrair a energia, o que acontece graças à respiração celular. Por último, todos os organismos (quando mortos) são decompostos por fungos e bactérias através da fermentação e quimiossíntese entre outros processos. A matéria orgânica é fundamental para os processos metabólicos dos seres vivos, sendo produzida pela maioria dos seres autótrofos. Sua síntese ocorre a partir da formação de ligações químicas, nas quais precisam de energia. Essa energia provém de ondas eletromagnéticas, como por exemplo a luz solar. Essas ondas não precisam de um meio material para se propagar, sendo, portanto, definidas como uma energia que se move, na forma de onda, à velocidade da luz. O Sol e a Terra são as principais fontes naturais de energia eletromagnética. Corpos que emitem essa energia são todos aqueles que possuem temperatura acima do zero absoluto (0 kelvin). Além dessas, outras ondas apresentam natureza diferente. As que se propagam somente em meios materiais são conhecidas como ondas mecânicas. É o que acontece quando fazemos movimento de vaivém vertical, na extremidade de uma corda, onde podemos observar a propagação de pulsos ou perturbações. FOTOSSÍNTESE É um processo celular que produz glicídios usando a energia da luz. Trata-se de um processo autotrófico, realizado pelos seres clorofilados, representados por plantas, alguns protistas, bactérias fotossintetizantes e cianobactérias. Com exceção das bactérias fotossintetizantes, os demais usam na fotossíntese gás carbônico e água, formando carboidratos e gás oxigênio, que é liberado para o meio. A equação geral da fotossíntese dos eucariontes e das cianobactérias é: 3CO 2 + 6H 2 O Luz e clorofila C 3 H 6 O 3 + 3O 2 + 3H 2 O Profº Roberto Fonseca A propagação de perturbações sem o transporte de matéria é denominada ONDA. Portanto, ondas são oscilações em função do tempo e do espaço, que apenas transportam energia. Nas plantas e nas algas a fotossíntese ocorre no interior dos cloroplastos, organelas citoplasmáticas de cor verde. Essa cor verde deve-se à presença do pigmento clorofila, que dá cor verde típica das folhas das plantas.

2 O cloroplasto é envolto por duas membranas lipoprotéicas. A clorofila está associada apenas à membrana interna do cloroplasto, a membrana do tilacóide, que apresenta inúmeras dobras, formando tubos e bolsas achatadas. Essas bolsas geralmente organizam-se em pilhas chamadas de granum. O conjunto de pilhas membranosas do cloroplasto é denominado grana, plural de granum. As cavidades internas dos tubos e bolsas membranosos do cloroplasto estão em comunicação direta, formando um compartimento único, o lúmem do tilacóide. Externamente à membrana do tilacóide há um fluido que preenche o restante do cloroplasto, o estroma. VISÃO GERAL DA FOTOSSÍNTESE A fotossíntese das plantas pode ser dividida, basicamente, em quatro fases: 1ª: absorção de luz. 2ª transporte de elétrons que leva a redução do NADP + a NADPH. 3ª produção de ATP. 4ª fixação de carbono, que é a conversão de gás carbônico em glicídios. As três primeiras fases são catalisadas por enzimas que fazem parte das reações dependentes da luz, que compõem a FASE CLARA ou ETAPA FOTOQUÍMICA; já última fase é catalisada por outras enzimas, que fazem parte das reações independes da luz compõem a FASE ESCURA ou ETAPA QUÍMICA. Na fase luminosa, há clorofilas para quebrar a molécula de água e liberar oxigênio gasoso. Com a luz, ocorre a transferência de elétrons (provenientes da clorofila e da água) e hidrogênios (da água) para NADP +, reduzindo-o a NADPH. Com a energia liberada pelos elétrons durante sua transferência, é gerado o ATP, que atuará como combustível químico. Na fase escura, o NADPH e o ATP gerados fornecem, respectivamente, hidrogênios e energia para a produção de glicídios a partir do gás carbônico. Essa fase acontece no estroma do cloroplasto.

3 APROFUNDANDO A FOTOSSÍNTESE ABSORÇÃO DE LUZ Um fóton com comprimento de onda apropriado, se for absorvido por um cloroplasto ou por uma bactéria fotossintetizante, é convertido em energia química. A molécula responsável por essa conversa é a clorofila a, presente em todas as plantas e algas e em dois grupos de bactérias que fazem fotossíntese (cianobactérias e proclorófitas). Nas plantas, algas verdes e nas bactérias proclorófitas existe também a clorofila b. A clorofila b não é capaz de transformar energia luminosa em energia química e atua como pigmento acessório da fotossíntese. Ao absorver luz, a molécula de clorofila b transfere a energia captada do fóton para uma molécula de clorofila a, capaz de converter a energia transferida em energia química. Portanto, a clorofila b contribui para aumentar o espectro de luz utilizado na fotossíntese. Outros pigmentos acessórios são os carotenoides, presentes em plantas, algas e bactérias fotossintetizantes. Os carotenoides desempenham função de fotoproteção, dissipando o excesso de energia luminosa que poderia danificar as moléculas de clorofila. É interessante constatar que carotenoides semelhantes exercem a mesma função em nossos olhos. DESTINO DOS PRODUTOS DA FOTOSSÍNTESE Parte dos glicídios produzidos na fotossíntese é usada imediatamente nas mitocôndrias da célula vegetal, no processo de respiração celular. Outra parte é transformada nas diversas substâncias orgânicas de que a planta necessita, como aminoácidos, vários tipos de açúcar, gorduras, celulose etc. outra parte, ainda, é armazenada como grãos de amido em células do caule e da raiz, servindo como reserva para momentos de necessidade. FATORES LIMITANTES DA FOTOSSÍNTESE 1. Temperatura Existe uma temperatura ótima na qual a atividade fotossintetizante é máxima, que não é a mesma para todos os vegetais. 2. Concentração de gás carbônico Sem o CO2 a fotossíntese é nula. Aumentando-se a concentração de CO2, a intensidade do processo também se eleva. Entretanto, essa elevação não é constante e ilimitada. A partir de certo ponto, a concentração de CO2 deixa de ser um fator limitante da fotossíntese. 3. Intensidade Luminosa A intensidade da fotossíntese é influenciada pela luz. Com respeito às trocas gasosas, a fotossíntese tem papel inverso ao da respiração, pois absorve CO2 e elimina O2. Existe um momento em que as trocas gasosas entre a planta e o ambiente estão em equilíbrio. Essa intensidade luminosa é conhecida como ponto de compensação fótica ou luminosa.

4 Trifosfato de Adenosina: energia para a Vida O ATP é uma molécula formada por uma pentose, uma base nitrogenada adenina e três fosfatos. Quando a ligação entre o terceiro e o segundo fosfato se rompe, há liberação de uma grande quantidade de energia, que é utilizada pela célula em diversos processos metabólicos. O produto dessa quebra gera um ADP (difosfato de adenosina). O objetivo da respiração celular é retirar a energia química de moléculas orgânicas, como a glicose, afim que ocorra a formação de ligações químicas entre moléculas de fosfatos e ADP s, formando um ATP, que posteriormente vai ser quebrado e gerará energia. RESPIRAÇÃO CELULAR Possui três fases: a Glicólise, o Ciclo de Krebs e a Cadeia transportadora de Elétrons. 1ª fase: Glicólise ocorre no citosol! Nesta fase a glicose (molécula com 6 carbonos) passa por diversas reações, dando origem a duas moléculas de piruvato, cada uma com 3 carbonos. As reações que ocorrem durante a glicólise consomem 2 moléculas de ATP, mas geram 4 moléculas de ATP, tendo, então, um saldo de 2 ATP s. Nesse processo também é formado uma molécula de NADH, que funciona como um transportador de elétrons, levando-os para a cadeia transportadora de elétrons. Antes do ciclo de Krebs Cada molécula de piruvato, antes de entrar no ciclo de Krebs, passa por um processo de quebra, gerando acetil (molécula de 2 carbonos) e CO2, com a liberação de um NADH. Após isso, o acetil se liga com a coezima A, gerando o Acetil-Coa, que irá entrar no ciclo de Krebs. 2ª fase: Ciclo de Krebs ocorre na Matriz Mitocondrial O acetil-coa entra na matriz mitocondrial e reage com oxaloacetato, gerando o ácido cítrico. A partir da formação do ácido cítrico, vão ocorrer reações que levarão a formação de oxalacetato, fechando o ciclo. Nesse processo ocorre a liberação de 2 moléculas de CO2, 1 ATP, 3 NADH e 1 FADH2. Esses resultados referem-se somente a uma molécula de piruvato. Como a glicose gera dois ácidos pirúvicos, podemos avaliar que, a partir de uma glicose, formam-se, no total dessa 2ª fase, 4 moléculas de CO2, 2 ATP, 6 NADH e 2 FADH2.

5 ANOTAÇÕES O Ciclo de Krebs também é conhecido como Ciclo do Ácido Cítrico (ou Tricarboxílico). 3ª fase: Cadeia Transportadora de Elétrons ocorre na membrana interna da mitocôndria (cristas mitocondriais) A maior parte da produção de ATP do processo de respiração celular ocorre nessa fase. As moléculas de NADH e FADH2 capturam os elétrons resultantes da glicólise e do ciclo de Krebs transferindo os elétrons para as proteínas da membrana interna da mitocôndria. Os elétrons irão passar de proteína a proteína, bombeando hidrogênios para o espaço intermembrana, resultando numa diferença de concentração de hidrogênios entre o espaço intermembrana e a matriz mitocondrial. Os hidrogênios irão passar do espaço intermembrana para a matriz mitocondrial por intermédio de uma proteína, a ATP-sintetase, formando cerca de 34 ATP s. Nessa etapa, é formada moléculas de água, pois os hidrogênios agora na matriz mitocondrial combinam-se com o oxigênio que recebeu os elétrons do complexo citrocromo oxidase (proteína intermembrana). ANOTAÇÕES Fermentação A fermentação pode ser de dois tipos: a alcoólica e a láctica. Esse processo tem início com a glicólise, dando origem a duas moléculas de piruvato. Cada piruvato irá se converter em ácido láctico, o que caracteriza a fermentação láctica, realizada por bactérias e alguns

6 fungos; também pode acontecer do piruvato se converter em etanol que caracteriza a fermentação alcoólica, realizada por fungos (leveduras do gênero Saccharomyces). Entre os produtos alimentícios da fermentação láctica, temos o iogurte e os queijos. O leite é fermentado por lactobacilos, que provocarão sabor azedo das coalhadas e dos iogurtes devido ao acúmulo de ácido láctico, que faz baixar o ph do leite, levando a coagulação de suas proteínas e formação de um coelho solidificado, usado também na fabricação de queijos. Os alimentos vindos da fermentação alcóolica são as bebidas alcóolicas (vinhos, cervejas, aguardentes etc.) e os pães, onde o gás carbônico é responsável pelas bolhas que inflam a massa e a tornam macia. Em nossos músculos, durante um exercício intenso, o gás oxigênio que chega às células musculares pode não ser suficiente para suprir as necessidades respiratórias no tecido muscular. Nessas condições, elas passam a produzir ATP ATP por meio da fermentação láctica. Uma consequência desse processo é o acúmulo de ácido láctico, que causa dor muscular e intoxicação das fibras musculares. Assim, as células musculares lançam o ácido láctico no sague, de onde ele é absorvido pelo fígado e reoxidado a ácido pirúvico. QUIMIOSSÍNTESE É um processo, autótrofo, que produz substâncias orgânicas utilizando a energia liberada em reações de oxidação de substâncias inorgânicas simples. É realizado por certas espécies de bactérias e de arqueas. As arqueas metanogênicas, por exemplo, obtêm energia a partir da reação entre gás hidrogênio e gás carbônico, produzindo gás metano. Essas bactérias vivem em ambientes pobres em gás oxigênio, tais como depósitos de lixo, fundo de pântanos e tubos digestórios de animais. No solo vivem dois importantes tipos de bactérias quimiossintetizantes, pertencentes aos gêneros Nitrosomonas e Nitrobacter, que participam da reciclagem do nitrogênio em nosso planeta. Essas bactérias conseguem viver em ambientes com baixa luminosidade e pouca matéria orgânica, pois a energia necessária ao seu desenvolvimento é obtida de oxidações inorgânicas. BREVE HISTÓRIA DA EVOLUÇÃO DOS PROCESSOS ENERGÉTICOS De que se alimentavam os primeiros seres vivos? HIPÓTESE HETEROTRÓFICA: os primeiros seres vivos, por serem muito simples, ainda não teriam desenvolvido a capacidade de produzir substâncias alimentares, utilizando substâncias orgânicas disponíveis no meio. Esses seres primitivos deviam extrair energia das moléculas de alimento por meio de mecanismos mais simples, como a fermentação. Fermentação Fotossíntese Respiração Celular HIPÓTESE AUTOTRÓFICA: é a mais aceita atualmente. Os primeiros seres vivos eram quimiolitoautotróficos, isto é, produziam suas próprias substâncias orgânicas a partir da energia liberada por reações químicas entre componentes inorgânicos da crosta terrestre. Essa ideia tem se consolidado graças à descoberta das arqueas, que vivem em ambientes inóspidos, como fontes de água quente e vulcões submarinos, obtendo sua energia a partir de compostos de enxofre. Quimiossíntese Fermentação Fotossíntese Respiração Celular