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Toda a atividade do ser vivo, dos mais simples aos mais complexos, necessita de uma fonte de energia. Ao conjunto de todas as reações químicas essenciais à vida, dá-se o nome de METABOLISMO CELULAR.

 

A energia localiza-se nas ligações entre átomos, quando estas ligações são quebradas liberta-se energia que não é diretamente utilizada, para poder ser utilizada pelas células, o ser vivo utiliza uma molécula aceptor de energia que já falamos, o ATP. Esta molécula é a transportadora universal de energia a nível celular. No ser vivo o ATP não se acumula, o que significa que estas moléculas estão sempre a ser produzidas e regeneradas.

Existem várias metabolismos que correspondem a diferentes reações que permitem produzir moléculas ATP.

 

O metabolismo celular ocorre em dois processos:

-Um resulta da degradação de substâncias complexas em simples com libertação de energia que irá ser transferida para as moléculas ATP - São as reações CATABÓLICAS e como há libertação de energia, dizem-se EXOENERGÉTICAS. O produto final da decomposição da molécula complexa é mais pobre em energia da que lhe deu origem.

Estas reações catabólicas podem dar-se em presença de oxigénio, isto é, AEROBIOSE, ou com ausência de oxigénio, ou seja, ANAEROBIOSE.

Dois exemplos de reações catabólicas, que serão aqui estudados, deste tipo de reações é a FERMENTAÇÃO (via anaeróbica) e RESPIRAÇÃO AERÓBICA (via aeróbia).

 

-Outro processo resulta da síntese de substâncias complexas a partir de outras mais simples, reações de ANABOLISMO. Nestas reações há consumo de energia por isso dizem-se ENDOENERGÉTICAS.

Como resultado da degradação da molécula de glicose, temos sempre um processo comum à fermentação e à

respiração aeróbia, a GLICÓLISE.

 

GLICÓLISE

 

A molécula de glicose, é uma molécula estável, para que se inicie o processo de glicólise é necessário energia

fornecida pelo ATP.

 

A molécula de glicose é composta por 6 átomos de Carbono e vai ser desdobrada, com a ajuda das enzimas e 2 moléculas ATP, em 2 moléculas com três átomos de carbono, cada uma. Após uma série de reações formase, no final, duas moléculas de PIRUVATO, duas moléculas de NADH e 4 moléculas de ATP. O rendimento energético neste processo é de duas moléculas ATP (gastaram-se 2, formaram-se 4, restaram 2).

 

Esta energia, na formação de moléculas ATP vem da sequências de reações que ocorrem na degradação das substâncias. Estas reações são reações de oxidação-redução. Ao dar-se inicio à degradação a molécula oxida, perde eletrões, liberta energia e os eletrões são cedidos a outra molécula que fica reduzida.

 

Oxidação - quando a molécula perde eletrões.

Redução - quando a molécula recebe eletrões.

 

3.1. Fermentação

 

A fermentação é um processo que ocorre no citoplasma da células (local onde existem as enzimas que intervém neste processo), cujo objetivo é a obtenção de energia. Consiste na degradação da molécula de glicose, como matéria inicial e numa sequência de reações que se agrupam em duas etapas.

 

Primeira: dá-se a degradação da molécula de glicose por GLICÓLISE que se transforma em ÁCIDO PIRÚVICO ou PIRUVATO;

 

 Segunda: O piruvato é reduzido e é transformado em num outro produto, como álcool etílico ou etanol (fermentação alcoólica), ácido lático (fermentação lática) e ácido acético (fermentação acética). Durante a glicólise a NAD (+) converte-se em NADH + H(+)e esta transporta eletrões e protões que vão ser

utilizados nesta segunda fase para reduzir o Piruvato.

 

O produto final desta redução vai depender do ser onde ocorre a fermentação. Há seres em que a redução do piruvato leva à libertação de dióxido de carbono (descarboxilação), como por exemplo no fermento de padeiro (levedura), dá-se a descarboxilação, fermentação alcoólica) em que o produto resultante é o álcool etílico. Noutros seres não há esta descarboxilação, como por exemplo nas bactérias do iogurte e nas células

musculares do Homem, trata-se da fermentação láctica e o produto é o ácido láctico.

 

As células musculares dos Homens utilizam com frequência a fermentação láctica que ocorre ao mesmo tempo que a respiração aeróbica. Isto acontece quando o oxigénio não é suficiente para degradar a molécula de glicose. Forma-se o ácido láctico para auxiliar a célula na obtenção de energia, embora este tipo de obtenção de energia não seja de grande rendimento, como vamos verificar na respiração aeróbica. O excesso de ácido láctico origina as cãibras.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O Homem, há muito que utiliza o processo de fermentação na produção de alguns alimentos e outros produtos, nomeadamente no fabrico do pão, no iogurte, na cerveja, no vinho, no vinagre, entre outros, utilizando leveduras, bactérias anaeróbias e fungos.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2. Respiração aeróbia

 

A respiração aeróbia ocorre numa primeira fase a glicólise, no citoplasma da célula (citosol ou hialoplasma) e numa segunda fase dentro das mitocôndrias. Ocorrem, então, uma série de reações oxidação-redução em que aceptor final de eletrões é o oxigénio e os produtos finais são a água e o dióxido de carbono.

Na fermentação os produtos finais ainda eram ricos em energia, o que significa que o saldo final da degradação da molécula de glicose é muito maior na respiração aeróbia, pois a degradação da glicose originou dois produtos pobres em energia (CO2 e H2O).

 

Mitocôndrias

São organitos presentes nas células eucarióticas.

São formadas por duas membranas fosfolipídicas, a externa é semelhante à membrana citoplasmática e a interna

tem pregas formando as cristas mitocondriais orientadas para o interior onde se encontra a matriz mitocondrial.

Dentro da mitocôndrias encontram-se proteínas, ribossomas e DNA.

O número de mitocôndrias por célula é grande, principalmente em células cujo necessidade energética é elevada,

como sejam as células nervosas, cardíacas, por exemplo.

Basicamente, a mitocôndria recebe o piruvato, vindo da glicose e o oxigénio oxida numa série de reações em cadeia

os compostos orgânicos, libertando energia transferida para moléculas ATP, formando-se água e dióxido de carbono.

Esta energia será utilizada para a síntese de substâncias, divisão celular, transporte ativo, locomoção, etc.. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A respiração aeróbica faz-se em 4 fases:

 

1ª etapa - GLICÓLISE

 

Dá-se a degradação da molécula de glicose por GLICÓLISE que se transforma em ÁCIDO PIRÚVICO ou PIRUVATO, este processo ocorre no citosol da

célula.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2ª etapa - Formação de ACETIL-COENZIMA A

 

O piruvato entra na mitocôndria e na presença de oxigénio perde uma molécula de dióxido de carbono ( é descarboxilado) e perde um hidrogénio que serve para reduzir o NAD (+) para formar o NADH + H (+) (é oxidado).

 

PIRUVATO É DESCARBOXILADO E OXIDADO E FORMAM-SE duas ACETIL-COENZIMA A

 

3ª etapa - CICLO DE KREBS

 

No ciclo de Krebs dá-se na matriz da mitocôndria e é uma série de reações em que se dá oxidação completa da glicose, através de enzimas. Como se formam duas moléculas de acetil-coenzima A, dá-se dois ciclos de Krebs ao mesmo tempo.

 

O grupos Acetil da coenzima A combina-se com o ácido oxaloacético e forma o ácido cítrico.

 

Por cada molécula de glicose degradada forma-se no ciclo de Krebs: 6 moléculas de NADH, 2 moléculas de FADH2(função semelhante ao NADH), 2 moléculas de ATP e 4 moléculas de CO2.

 

 

4ª etapa - Cadeia transportadora de eletrões e fosforilação oxidativa

 

As moléculas transportadoras de eletrões, o NADH e o FADH2 vão percorrer uma cadeia transportadora de eletrões até chegarem ao oxigénio que é o aceptor final. Esta cadeia transportadora, ou cadeia respiratória é constituída por proteínas existentes na membrana interna da mitocôndria e as moléculas NADH e FADH2 ao passarem pela cadeia vão sendo reduzidas e oxidadas até chegarem o oxigénio, produzindo energia que irá servir para transformar o ADP em ATP (fosforilação oxidativa).

 

O Oxigénio quando recebe os eletrões reage com protões da matriz mitocondrial e forma água.

 

 

BALANÇO ENERGÉTICO DA FERMENTAÇÃO E DA RESPIRAÇÃO AERÓBICA

 

A respiração aeróbica em termos energéticos e utilizando o mesmo composto químico (a glicose), é muito mais

rentável que a fermentação e esta é uma via muito mais rápida de obtenção de ATP.

 

Uns consideram que na respiração aeróbica há um rendimento de 30 a 32 ATP, como o vosso manual, outros 34, outros 36 e 38 ATP, no entanto o rendimento da fermentação é comum a todos e é de 2 ATP.

A percentagem de energia aproveitada na respiração aeróbica de uma molécula de glicose é cerca de 34 a 38% e a da fermentação de 2 a 2,5%. A restante energia fica retida nos produtos finais e a maior parte é libertada sob a forma de calor.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3. Trocas gasosas em seres multicelulares

 

A vida aeróbia exige um fluxo constante de oxigénio e de libertação do dióxido de carbono.

 

Enquanto que nos seres unicelulares a troca é feita através da membrana do organismo, nos pluri ou multicelulares a forma como efetuam a troca, vai depender da complexidade do ser vivo (a quantidade de oxigénio necessária ao ser vivo depende do volume do mesmo mas a quantidade de oxigénio que penetra no ser vivo, vai depender da sua área superficial e espessura) e das condições do seu habitat.

 

Para seres vivos complexos a razão entre a área superficial e o volume é muito pequena, logo terão que existir estruturas respiratórias especializadas.

 

O processo físico responsável pelas trocas é a difusão. (lembra-te do que falamos do que ocorria nos alvéolos pulmonares e nos capilares- a hematose pulmonar)

 

A maior parte dos animais terrestres e as plantas têm a sua superfície impermeabilizada, porque as células expostas ao ar, perdiam água e o ser desidratava, assim, através da impermeabilização da superfície com queratina (ex: Homem) e quitina (ex: insetos), os seres ficam defendidos da desidratação mas da mesma forma que não permite que a água saia, a impermeabilização da superfície dificulta a difusão dos gases e é esta é uma das razões para que existam as superfícies permeáveis onde se realiza a difusão. As plantas têm o estoma que é a estrutura que lhes permite a troca gasosa.

 

3.3.1. Nas plantas

 

As plantas fazem a respiração aeróbica e a fotossíntese.

 

Na respiração consomem o O2 mas como durante o dia o libertam na fotossíntese, este é mais que suficiente

para a respiração. Na consequência da respiração libertam o CO2, que durante o dia, vai utilizado para a

fotossíntese (fase escura). O dióxido de carbono libertado não é suficiente e as plantas têm de absorvê-lo,

também, durante o dia.

 

Durante a noite a planta faz a respiração aeróbica mas não faz a fotossíntese, pelo que tem de absorver o

Oxigénio e libertar o dióxido de carbono, tal como nos animais.

 

Estes dois gases vão ser absorvidos pela difusão

É através do estoma que se realizam as trocas gasosas. Na unidade anterior já vimos como funcionava o estoma,

a abertura e o fecho mas o que leva a abertura o o fecho dos estomas?

 

NOTA:

 

Os estomas controlam a quantidade de água que é perdida pela transpiração da planta. Os estomas estão sempre "revestidos" por água que vem das raízes. As células guarda são constituídas por uma parede que é mais espessa no local que revestem o ostíolo. Quando as células estão turgidas (cheias de água nos seus vacúolos), as células deformam-se, expandem-se no sentido das paredes mais finas das células guarda, pressão de turgência,

fazendo que o ostíolo abra. Quando a pressão de turgência diminui (os vacúolos diminuem o seu volume) e fecha-se o ostíolo.

 

A pressão de turgência das células guarda depende de vários fatores como por exemplo:

- o Ph do meio;

- humidade do ar (pouca humidade abre o estoma);

- concentrações de iões;

-o dióxido de carbono (concentrações de CO2 leva ao fecho do estoma);

- a intensidade luminosa (estoma aberto com luz e fecha sem luz) etc.

 

Os iões potássio entram nas células guarda por transporte ativo e a água entra por osmose e a célula fica turgida e o estoma abre. Quando os iões potássio saem a água sai por osmose o estoma fecha.

 

Os ESTOMAS regulam as trocas relativas à fotossíntese e transpiração mas também as TROCAS GASOSAS. O espaço preenchido por ar entre as células também facilita a troca de gases, formando um circuito de ar.