Fotossíntese e a relação com a respiração 1 Importância do ATP
Fases da Respiração A respiração divide-se em duas fases: ANAERÓBIA que compreende a etapa da glicólise, que ocorre na ausência do oxigénio no citoplasma das células eucariótica e procariótica, AERÓBIA que ocorre na presença do oxigénio. A fase aeróbia divide-se em duas etapas: o ciclo de Krebs que ocorre na matriz mitocondrial das células eucarióticas e no citoplasma das células procarióticas, e a cadeia respiratória que ocorre nas cristas mitocondriais em eucariotas e próximas à face interna da membrana plasmática, e procariotas. 2 Glicólise A glicose é oxidada, num processo denominado glicólise, usando 2 ATPs por molécula de glicose para fornecer a energia inicial. No final produzem-se 2 moléculas de piruvato, 4 ATPs, sendo que 2 ATPs irão repor os utilizados inicialmente, havendo, portanto um saldo final de 2 ATPs e a libertação de eletrões energizados e iões H+, capturados por aceitadores de eletrões denominados NAD (do inglês Nicotinamide Adenine Dinucleotide), formando, no final da glicólise, dois equivalentes reduzidos em NADH+. Ciclo de Krebs O piruvato, com três carbonos, produzido na glicólise, passa para o interior das mitocôndrias, onde é oxidado. Cadeia respiratória ou fosforilação oxidativa Ocorre nas cristas mitocondriais. As moléculas de NADH e FADH formadas na glicólise e no ciclo de Krebs são oxidadas, transferindo os eletrões para os citocromos. O aceitador final dos eletrões e do hidrogénio é o oxigénio (que fica reduzido), formando água.
É de extrema importância o fornecimento constante de oxigénio, caso contrário os transportadores ficariam sempre com seus hidrogénios reduzidos, sem condições de receber novos hidrogénios, interrompendo a respiração.) FERMENTAÇÃO A fermentação ocorre na ausência do oxigénio no citosol da célula eucariótica e procariótica. 3 A glicose é degradada em substâncias mais simples, como o ácido lático (fermentação lática) e o álcool etílico (fermentação alcoólica). Tanto na fermentação lática como alcoólica há um saldo de apenas 2 moléculas de ATP e, em ambos os processos, iniciam com o ácido pirúvico obtido da glicólise, como descrito na respiração aeróbia. FERMENTAÇÃO LÁTICA FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA Realizada por certas bactérias, protozoários, fungos e células do tecido muscular (durante intensa atividade física, há ausência de oxigénio, com isso as células realizam fermentação, e a libertação do ácido lático ocasiona a fadiga muscular) e hemácias. Realizada por certas bactérias e leveduras(fungos). Processo utilizado para produção de iogurte, conservas, entre outros. Processo utilizado para produção de vinho, cerveja, pão (o fermento biológico contendo o fungo, acrescentado na massa, reage com o açúcar, produzindo CO2 que fica armazenado em cavidades dentro da massa), obtenção de álcool pela cana-deaçúcar, entre outros. Piruvato é reduzido a lactato pela ação da enzima lactato-desidrogenase. Piruvato é convertido a acetaldeído libertando CO2 e NADH e reoxidando o NADH, o acetaldeído é depois convertido em álcool etílico Como não há oxigénio, o aceitador final de hidrogénio é o próprio piruvato. Como não há oxigénio, o aceitador final de hidrogénio é o acetaldeído.
Exercícios de Exames Época especial 2013 1. 4 2. 2.ªFase 2013 1.
Época especial 2015 Os corais são animais cujo corpo é constituído por uma parte mole (o pólipo) e por uma parte dura (o exosqueleto). Nas células periféricas do pólipo vivem associadas algas unicelulares (xantelas). No sentido de compreender as relações metabólicas entre as algas e o pólipo, foi desenvolvida a investigação seguinte. Ensaio 1 - Colocaram-se algas com metabolismo semelhante ao das xantelas num meio de cultura, em condições controladas de temperatura, alternadamente na obscuridade e à luz. Inicialmente, o meio de cultura esteve desprovido de CO2. Ao fim de alguns minutos, adicionou-se ao meio de cultura uma gota de uma solução enriquecida com CO2. A variação da concentração de O2 ao longo do tempo encontra-se registada no Gráfico 1. Ensaio 2 - Prepararam-se as seguintes culturas: Cultura 1 algas isoladas em água do mar filtrada e enriquecida com CO2 radioativo; Cultura 2 pólipos associados às algas em água do mar filtrada e enriquecida com CO2 radioativo; Cultura 3 pólipos desprovidos de algas em água do mar filtrada e enriquecida com CO2 radioativo. Registou-se a emissão de radioatividade em moléculas orgânicas, nas algas e nas células dos pólipos, ao longo do tempo, em condições de obscuridade e de luminosidade. Os resultados encontram-se expressos na Tabela 1. 5
1. No ensaio 1, as variações registadas dependem (A) exclusivamente do O2. (B) exclusivamente do CO2. (C) da luminosidade e do CO2. (D) da luminosidade e do O2. 2. De acordo com os dados do Gráfico 1, a velocidade da fotossíntese é superior à velocidade da respiração no período compreendido entre (A) C e D. (B) D e E. (C) A e B. (D) B e C. 3. Indique as culturas utilizadas como controlo no ensaio 2. 6 4. Quando a luz incide nos tecidos clorofilinos, ocorre a da água e a imediata. (A) redução fixação de CO2 (B) redução libertação de O2 (C) oxidação fixação de CO2 (D) oxidação libertação de O2 2.ªFase 2013 1. 1.ªFase 2011 Produção Industrial de Citrato O citrato ou ácido cítrico é usado pela indústria farmacêutica e pela indústria de alimentos e de bebidas. Desta forma, há um crescente interesse pela procura de soluções para a sua produção em larga escala, a partir de microrganismos. Para que a extracção de citrato seja comercialmente viável, foram estudadas as condições ideais de vários factores que devem ser levados em consideração neste processo, como, por exemplo, os constituintes do meio de cultura, o ph, a temperatura e o microrganismo utilizado. Foi também tido em consideração o facto de, em condições favoráveis, o fungo utilizado se reproduzir, predominantemente, por esporulação. O citrato é um composto intermédio do ciclo de Krebs, sintetizado na mitocôndria. Quando a produção de energia nas células é elevada, o fungo Aspergillus niger é capaz de acumular o citrato, possibilitando a sua extracção O fungo possui a capacidade de hidrolisar a sacarose em moléculas de glucose e de frutose, por acção da enzima invertase extracelular (sacarase). 1. O citrato é produzido pelo fungo Aspergillus niger, através de uma via de reacções (A) anabólicas, que ocorrem, sequencialmente, no citoplasma e na mitocôndria. (B) catabólicas, que ocorrem, sequencialmente, no citoplasma e na mitocôndria. (C) anabólicas, que ocorrem, sequencialmente, nos ribossomas e na mitocôndria. (D) catabólicas, que ocorrem, sequencialmente, nos ribossomas e na mitocôndria.
2. Na década de 50 do século XX, foi possível conhecer a biossíntese do citrato a partir da glucose. Ordene as letras de A a E, de modo a reconstituir a sequência cronológica dos acontecimentos que permitem a obtenção de citrato produzido por Aspergillus niger. Escreva, na folha de respostas, apenas a sequência de letras. A. Produção de citrato na mitocôndria. B. Oxidação da glucose originando piruvato. C. Hidrólise da sacarose pela invertase extracelular. D. Extração de citrato. E. Acumulação do citrato no ciclo de Krebs. Exercícios WWW. 7 1. Certos organitos produzem moléculas de ATP e outros utilizam o ATP produzido, pelas primeiras, para a síntese orgânica a partir do dióxido de carbono. Estamos falando, respetivamente, de: a) lisossomas e cloroplastos. b) mitocôndrias e complexo de Golgi. c) mitocôndrias e cloroplastos. d) lisossomas e mitocôndrias. 2. Considere uma levedura, que é um fungo unicelular, multiplicando-se num meio nutritivo, onde a única fonte de carbono é a sacarose, açúcar que não atravessa a membrana celular. a) De que processo inicial depende o aproveitamento da sacarose pela levedura? b) Que composto de carbono é eliminado pela levedura caso ela utilize os produtos originados da sacarose nas reações de oxidação que ocorrem em suas mitocôndrias? 3. A ingestão em quantidades elevadas de aspirina (5 a 10 gramas, no caso de crianças) pode acarretar o bloqueio da respiração celular, um quadro de intoxicação fatal. (Texto extraído do Jornal Universitário da UFSC, publicado em julho de 2001, p. 12). Sobre o processo de respiração celular, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). a) Parte dele acontece no hialoplasma, quando ocorre a quebra da molécula de glicose. b) Durante a glicólise, uma molécula de 6 carbonos é quebrada em duas moléculas de 3 carbonos, produzindo energia sob a forma de ATP. c) Esse processo é menos eficiente na obtenção de ATP do que a respiração anaeróbica, já que esta independe da presença de oxigénio e de glicose. d) Um organito fundamental para a sua ocorrência é o centríolo, que permite a entrada da glicose na célula. e) No final, são produzidas moléculas de CO 2, água e ATP. f) Algumas etapas desse processo ocorrem dentro das mitocôndrias. 4. Um agricultor usa tambores de duzentos litros, hermeticamente fechados, para conservar as suas colheitas durante o ano. No caso do feijão, o ciclo vital do gorgulho, Callosobruchus maculatus, inseto que ataca o feijão, é interrompido pela sua incapacidade de respirar. A etapa da respiração que é bloqueada pela ausência de é o(a). Ela ocorre no(a). A alternativa que preenche, na ordem e corretamente, as lacunas é: a) CO2, glicose, citoplasma b) CO2, ciclo de Krebs, crista mitocondrial c) O2, ciclo de Krebs, matriz mitocondrial d) O2, cadeia respiratória, crista mitocondrial
5. No gráfico a seguir observa-se a produção de CO2 e ácido lático no músculo de um atleta que está realizando atividade física. 8 Sobre a variação da produção de CO2 e ácido lático em A e B, analise as seguintes afirmativas. I. A partir de T1 o suprimento de O2 no músculo é insuficiente para as células musculares realizarem respiração aeróbica. II. O CO2 produzido em A é um dos produtos da respiração aeróbica, durante o processo de produção de ATP (trifosfato de adenosina) pelas células musculares. III. Em A as células musculares estão realizando respiração aeróbica e em B um tipo de fermentação. IV. A partir de T1 a produção de ATP pelas células musculares deverá aumentar. Das afirmações acima, são corretas: a) Apenas I e II. b) Apenas III e IV. c) Apenas I, II e III. d) Apenas I, II e IV. e) Apenas II, III e IV. 6. Numa espécie de levedura (fungo) utilizada na produção de cerveja foi identificada uma linhagem mutante, denominada petit (do francês pequeno). A linhagem petit não apresentava atividade mitocondrial. O gráfico a seguir relaciona as taxas de crescimento das linhagens original e petit à concentração de oxigénio no meio de cultura. Ambos os eixos utilizam unidades arbitrárias. Identifique em qual(is) da(s) linhagem(ns) ocorre liberação de CO 2 durante o crescimento. Justifique sua resposta.
Proposta de Correção: Época especial 2013: 1 - B; 2 CEABD 2.ªFase 2013: 1 D Época especial 2015: 1 C; 2 A; 3 culturas 1 e 3; 4 D. 2.ªFase 2012: 1 D 1.ªFase 2011: 1 - B; 2 CBAED 9 Exercícios WWW. 1- C 2. a) A sacarose inicialmente deverá ser digerida (digestão extracelular). A digestão da sacarose produz frutose e glicose, ambas hexoses que atravessam a membrana celular. b) Nas mitocôndrias da levedura ocorre a respiração celular, cujo processo utiliza as hexoses e libera CO 2. 3. a), b), e) e f) 4 D 5 C 6 Linhagens original e petit. Porque tanto a respiração celular, realizada pela linhagem original em presença de oxigénio, quanto na fermentação alcoólica, realizada por ambas, são processos que libertam CO 2.