metabolismo energético das células

METABOLISMO ENERGÉTICO DAS CÉLULAS

METABOLISMO ENERGÉTICO DAS CÉLULAS

LIVRO 2, CAPÍTULO 1

BIOLOGIA CELULAR (Parte 2)

O QUE VEM À NOSSA MENTE QUANDO OBSERVAMOS ESTA FIGURA?

Que processos metabólicos estão representados na figura?

Por que dizemos que os dois processos representados na figura são complementares?

Qual é a fonte de energia representada na figura?

O que aconteceria se essa fonte fosse suprimida do ambiente?

Todos os seres vivos obtêm energia na mesma forma?

É o conjunto de transformações que as substâncias químicas sofrem no interior dos organismos vivos.

São essas reações que permitem a uma célula ou um sistema transformar os alimentos em energia, que será utilizada pelas células para que as mesmas se multipliquem, cresçam, movimentem-se, etc.

O metabolismo é o conjunto de reações químicas responsáveis pelos processos de síntese e degradação dos nutrientes na célula.

Divide-se em 2 etapas:

Catabolismo Degradação, quebra de moléculas, com consequente produção de energia. Ex: quebra da glicose

Anabolismo Síntese, formação de moléculas, envolvendo consumo de energia. Ex: união de várias moléculas de glicose para a síntese de glicogênio.

METABOLISMO

Os Seres Vivos e a Energia

Os organismos vivos são sistemas complexos e organizados que necessitam de uma grande quantidade de energia para manter seus processos vitais.

É dos É dos alimentosalimentos, mais , mais exatamente das exatamente das moléculas orgânicas moléculas orgânicas que os compõem, que que os compõem, que os seres vivos obtém os seres vivos obtém energia.energia.

Os Seres Vivos e a Energia

A fonte de energia mais A fonte de energia mais importante para os seres importante para os seres

vivos é a vivos é a luz solarluz solar..

A energia luminosa é convertida em A energia luminosa é convertida em energia química presente em energia química presente em

moléculas orgânicas, que podem ser moléculas orgânicas, que podem ser estocadas para uso posterior.estocadas para uso posterior.

Fluxo de matéria e de energia nos ecossistemas

Tipos de reações químicas que fazem parte do metabolismo celular

Reações exotérmicasReações exotérmicasou exergônicasou exergônicas

Liberam energia para o ambiente

Reações endotérmicas Reações endotérmicas ou endergônicasou endergônicas

Absorvem energia do ambiente

Ex.: FotossínteseEx.: Fotossíntese Ex.: Respiração CelularEx.: Respiração Celular

Todos os processos celulares dependem de energia para acontecer.

Essa energia é obtida dos alimentos e pode ser prontamente utilizada pela célula ou armazenada em uma molécula especial chamada de ATP.

O ATP é a molécula armazenadora de energia na célula.

Constituição química:

A MOLÉCULA DE ATP (trifosfato de adenosina)

Participa de todos os processos energéticos da célula:

Necessidade de energia Quebra do ATP, liberando um fosfato e formando ADP (difosfato de adenosina).

ATP ADP + P

Obs: ligações entre os 2 fosfatos (ADP) podem, ainda, ser quebradas, formando AMP (monofosfato de adenosina) e liberando mais energia.

Não há demanda energética Síntese de ATP, através da união de um fosfato ao ADP.

ADP + P ATP

Reações reversíveis.

Acontecem o tempo todo na célula.

Objetivo: liberar ou armazenar energia

A MOLÉCULA DE ATP (trifosfato de adenosina)

FORMAS DE OBTENÇÃO DE ENERGIA

(Produção de ATP )

A quebra da molécula orgânica para liberar energia pode se dar de duas maneiras:

• Respiração celular: quebra completa da molécula de glicose na presença de oxigênio. • Fermentação: quebra parcial da molécula de glicose na ausência de oxigênio.

Respiração Celular

A respiração corresponde à A respiração corresponde à degradaçãodegradação completacompleta da molécula de da molécula de glicose originando gás carbônico e água.glicose originando gás carbônico e água. O saldo energético é elevado.O saldo energético é elevado. A respiração acontece no citoplasma A respiração acontece no citoplasma dos seres procariontes. Nos eucariontes, dos seres procariontes. Nos eucariontes, tem início no citoplasma, continua e tem início no citoplasma, continua e termina nas mitocôndrias .termina nas mitocôndrias .

A presença de átomos de oxigênio é condição básica para a respiração e a origem dos mesmos permite identificar dois tipos diferentes desse processo:

1) Respiração Aeróbia – quando o oxigênio consumido é o O2 (gás oxigênio). Realizada por muitos procariontes, protistas, fungos e pelas plantas e animais.

2) Respiração Anaeróbia – quando o oxigênio consumido tem origem de substâncias inorgânicas como carbonatos (CO3

- 2), nitratos (NO3

−), sulfatos (SO42- )etc. Realizada apenas por alguns

tipos de bactérias.

Respiração Celular

CICLO DO NITROGÊNIO E A DESNITRIFICAÇÃO

A Respiração Anaeróbica é utilizada por bactérias que vivem no solo ou em águas estagnadas, onde o suprimento de oxigênio é escasso. Os produtos finais da respiração anaeróbica são o gás carbônico (CO2) e uma substância inorgânica, que varia de acordo com a espécie de bactéria.

FERMENTAÇÃO

Processo mais simples de produção de energia.

Processo ANAERÓBICO (ausência de O2).

Ocorre no CITOPLASMA.

Realizado naturalmente por fungos, bactérias, e, em algumas situações, por nossas células musculares.

O homem há décadas utiliza este processo natural para produção de alimentos, bebidas (iogurtes, leites, fermentados, pães, cervejas, vinhos...).

Tipos de Fermentação:

•Alcoólica

•Lática

•Acética

FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA

O açúcar é degradado em álcool etílico (etanol), liberando também gás carbônico e energia.

Fabricação de pães, vinhos, cervejas, álcool combustível.

AÇÚCAR ÁLCOOL + CO2 + ENERGIA

Reação ocorre no citoplasma.

Rendimento energético: 2 ATP

1 molécula açúcar 2 ATP

Consumo

ProduçãoProdução

FERMENTAÇÃO LÁTICA

O açúcar do leite (lactose) é degradado, formando ácido lático e liberando energia.

Ácido lático: coagulação de proteínas.

Fabricação de queijos, iogurtes e coalhadas.

AÇÚCAR ÁCIDO LÁTICO + ENERGIA

FERMENTAÇÃO LÁTICA

Ocorre também em nossas células musculares, em situações de grande demanda energética, quando fazemos um esforço muscular intenso, como nos exercícios físicos prolongados.

A quantidade de energia que chega aos nossos músculos é insuficiente para fornecer toda a energia necessária à atividade desenvolvida.

As células musculares passam a realizar o processo mais simples de obtenção de energia, que é a fermentação.

AÇÚCAR ÁCIDO LÁTICO + ENERGIA

O acúmulo de ácido lático nas fibras musculares (células musculares) causa dores, cansaço e cãibras.

FERMENTAÇÃO

ALCOÓLICA LÁTICA

Sem Oxigênio

Álcool Etílico

2 ATP de Energia

Gás Carbônico

Ácido Lático

2 ATP de Energia

FERMENTAÇÃO ACÉTICA

Realizada por alguns tipos de bactérias que fermentam o açúcar, produzindo ácido acético, gás carbônico e energia.

Fabricação de vinagres.

AÇÚCAR ÁCIDO ACÉTICO + CO2 + ENERGIA

Expressão popular: “O vinho virou vinagre!”

Etanol, em contato com O2 forma ácido acético.

Garrafas de vinho devem ser mantidas bem fechadas para evitar o acúmulo deste ácido acético, que altera o sabor do vinho.

RESPIRAÇÃO CELULAR AERÓBICA

Processo mais complexo de produção de energia.

Ocorre em eucariontes (citoplasma e nas mitocôndrias) e em procariontes (citoplasma e na parte interna da membrana plasmática).

Processo AERÓBICO (há participação de O2).

Rendimento energético muito maior que o da fermentação !!!

1 molécula açúcar 38 ATP

Respiração aeróbica envolve 2 fases:

• Troca de gases através de membranas respiratórias;

• Respiração celular.

TROCA DE GASES ATRAVÉS DE MEMBRANAS RESPIRATÓRIAS

Através de finas membranas que devem estar sempre úmidas, para permitir a passagem dos gases.

Transporte se dá por DIFUSÃO SIMPLES.

Depende das diferenças nas concentrações dos gases dentro e fora das membranas.

TROCA DE GASES ATRAVÉS DE MEMBRANAS RESPIRATÓRIAS

HEMATOSE processo em que ocorre a troca de gases, nos alvéolos pulmonares e o O2 atravessa as membranas dos alvéolos e chega até às hemácias.

O processo de difusão simples para as trocas gasosas ocorre em outros tipos de respiração

Nos vegetais, as trocas gasosas ocorrem em estruturas presentes nas superfícies das folhas, denominadas ESTÔMATOS.

A respiração aeróbia, libera a totalidade da energia contida na molécula de glicose, como se pode comprovar analisando os produtos finais deste processo (água e dióxido de carbono), que são exatamente os mesmos utilizados na sua síntese (fotossíntese).

O conjunto das reações da respiração celular aeróbia é extremamente complexo, tendo sido uma das maiores conquistas da bioquímica moderna a sua compreensão. Por esse motivo, consideram-se geralmente as seguintes etapas:

GLICÓLISECICLO DE KREBS (ÁCIDO CÍTRICO)

CADEIA RESPIRATÓRIA

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energia (ATP)

RESPIRAÇÃO CELULAR


GLICÓLISE

Quebra da molécula de glicose (6C - hexose) em duas moléculas de ácido pirúvico (3C -triose).

Ocorre no citoplasma, na ausência de oxigênio (anaerobiose).

Mesmo processo que ocorre na fermentação.


Há perda de 2 hidrogênios na molécula de ácido pirúvico, os quais são capturados por uma substância encontrada no citoplasma: o NAD (nicotinamida adenina nucleotídeo).

O NAD funciona como um transportador de hidrogênios.

Formação de 2 moléculas de NADH2.


GLICÓLISE


CICLO DE KREBS (CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO)

Ocorre na matriz mitocondrial.

Quebra das moléculas de ácido pirúvico.

Produção de CO2, que é liberado da célula e eliminado para o ambiente.

Produção de mais moléculas de NADH2 (capturam os hidrogênios liberados).



CICLO DE KREBS (CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO)


CADEIA RESPIRATÓRIA

Ocorre nas cristas mitocondriais.

Os hidrogênios do NADH2 (produzidos na glicólise e no ciclo de Krebs) passam através de várias substâncias, liberando elétrons.

Envolve um conjunto de reações químicas, onde participam substâncias chamadas de citocromos.

A passagem dos elétrons pelos citocromos na cadeira respiratória, libera energia suficiente para a síntese 26 moléculas de ATP.

Elétrons atravessam a cadeia e chegam até o aceptor final, que é o oxigênio.

Oxigênio se combina com os hidrogênios, formando água.



RENDIMENTO ENERGÉTICO TOTAL

2 ATP(GLICÓLISE)

+ 2 ATP(CICLO KREBS)

+ 34 ATP(CADEIA RESPIRATÓRIA)

= 38 ATP

EQUAÇÃO GERAL

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energia (38 ATP)

Aceptor final de elétrons

Ciclo de Krebs Resultado da combinação dos elétrons com o oxigênio, ao final da cadeia respiratória


ATENÇÃO

Na ausência de glicose, a célula pode utilizar outras moléculas

para a realização da respiração celular, como aminoácidos

(proteínas) e ácidos graxos (lipídios), com a participação da

Coenzima- A. Os compostos intermediários obtidos a partir

dessas moléculas entrarão no ciclo de Krebs.

Quadro comparativo entre Respiração Aeróbia e Fermentação

• Quebra completa de glicose.

• Exige a presença de O²

• Há formação de água como produto final.

• Produto oxidado totalmente decomposto em CO² e H²O, liberando muita energia.

• Formação de grande número de moléculas de ATP que armazenam essa energia.

• Glicólise, ciclo de Krebs e cadeia respiratória.

• Ocorre com a maioria dos seres vivos.

• Quebra incompleta de glicose.• Não utiliza O²

• Não há formação de água.• Produto parcialmente decomposto,

não liberando toda a energia disponível, sobram resíduos energéticos.

• Formação de pequeno número de moléculas de ATP.

• Glicólise apenas (ácido pirúvico se decompõe em ácido láctico, etanol ou em ácido acético).

• Ocorre com algumas bactérias, leveduras, vermes intestinais e células musculares.

Respiração Aeróbica Fermentação

FOTOSSÍNTESE

Processo pelo qual algas e plantas absorvem a energia da luz solar e o CO2 da atmosfera para a síntese de moléculas orgânicas (glicose) que serão usadas posteriormente pela própria célula para obtenção de energia.

Organela responsável nos eucariontes: CLOROPLASTOS.

Para que ocorra é necessário:

• Clorofila

• Luz solar

• Água

• CO2

• Temperatura

Fatores limitantes da fotossíntese

REAÇÕES QUE CONSOMEM ENERGIA(ENDOTÉRMICAS)

FOTOSSÍNTESE

FOTOSSÍNTESE

De onde vem a energia para que esta reação ocorra ?

Vem do Sol.

É captada pela clorofila, um pigmento verde, presente nos cloroplastos das folhas da planta.

Há dois tipos de clorofila que participam do processo: a clorofila a e a clorofila b.

FOTOSSÍNTESE

Para onde vai a glicose sintetizada no processo?

1)Glicose é usada como fonte de alimento e de energia, pela própria célula vegetal, ou por outros seres da cadeia alimentar;

2) Glicose é usada na síntese de celulose, que compõe a parede celular dos vegetais;

3) Glicose é usada como matéria-prima para a síntese de outras moléculas (outros carboidratos, aminoácidos e ácidos graxos);

4)Glicose é armazenada como fonte de reserva energética:

AMIDO nos vegetais

GLICOGÊNIO nos animais

AS FASES DA FOTOSSÍNTESE

FASE CLARA(Presença de luz)

1ª: Fotofosforilação cíclica

2ª: Fotofosforilação acíclica

3ª: Fotólise da água

FASE ESCURA(Ausência de luz)

Ciclo das Pentoses ou Ciclo de Calvin

(Síntese da molécula de glicose)

1ª) FOTOFOSFORILAÇÃO CÍCLICA

Ocorre nos tilacóides do cloroplasto.

Luz solar, ao incidir nas partes verdes da planta, atinge a molécula de clorofila a, excitando-a.

Ocorre a liberação de elétrons, os quais passam por uma cadeia transportadora, promovendo a síntese de ATP.

É chamada de cíclica porque os elétrons passam pela cadeia transportadora e retornam à clorofila a.

FASE CLARA

1ª) FOTOFOSFORILAÇÃO CÍCLICA

Ocorre nos tilacóides do cloroplasto.

Ocorre excitação da clorofila b, transporte de elétrons por uma cadeia transportadora e captura de elétrons pela clorofila a.

A liberação e o transporte de elétrons pela cadeia transportadora promove a síntese de ATP.

É chamada de acíclica porque os elétrons passam pela cadeia transportadora e não retornam à clorofila b , mas são enviados à clorofila a.

Da clorofila a, os elétrons são transferidos ao NADP, formando NADPH2.

2ª) FOTOFOSFORILAÇÃO ACÍCLICA

3ª) FOTÓLISE DA ÁGUA

Ocorre quebra das moléculas de água, na presença de luz , consumindo ATP.

As moléculas de água (H2O) serão quebradas, formando oxigênio e íons hidrogênio.

Parte do oxigênio é utilizado pela própria planta (respiração celular).

Outra parte do oxigênio é liberada para ambiente.

Os íons hidrogênios serão capturados pelo NADP e os elétrons resultantes retornam à clorofila b.

2 H2O 4 H+ + O2 + 4 e-

Obs: O oxigênio (O2 ) que é produzido na fotossíntese surge das moléculas de água (H2O), que são quebradas ao final da fase clara, durante a fotólise da água.

3ª) FOTÓLISE DA ÁGUA

RESUMO DA FASE CLARA

1) A energia liberada formará moléculas de ATP;

2) Parte do oxigênio (O2) liberado será usado na respiração celular da própria célula vegetal;

3) Os hidrogênios serão capturados pelo NADP, formando NADPH2;

4) As moléculas de ATP e de NADPH2 serão usadas na próxima etapa da fotossíntese, que é a FASE ESCURA.

Ocorre no estroma do cloroplasto.

Não depende de luz, nem de clorofila, mas depende da fase clara.

Nesta fase serão usadas substâncias formadas durante a fase clara (ATP e NADPH2).

O CO2 absorvido pela planta, a partir da atmosfera, combina-se com os hidrogênios do NADPH2, formando a molécula se glicose.

Como é uma reação de síntese, há consumo do ATP que foi produzido durante a fase clara.

FASE ESCURA(Ciclo das Pentoses ou Ciclo de

Calvin)

FASE ESCURA(Ciclo das Pentoses ou Ciclo de

Calvin)

EQUAÇÃO DA FOTOSSÍNTESE

Todo o processo da fotossíntese pode der representado pela seguinte equação química:

Esta reação pode ser simplificada da seguinte maneira:

RESUMO DAS FASES DA FOTOSSÍNTESE

FATORES LIMITANTES

FOTOSSÍNTESE

Clorofila

Luz solar

Água

CO2

Temperatura

INFLUÊNCIA DA CONCENTRAÇÃO DE CO2

À medida que a concentração de CO2 aumenta, aumenta a taxa de fotossíntese, até certo ponto, quando se estabiliza. Sendo uma reação enzimática, a partir daquele ponto, as enzimas estarão todas em funcionamento, não permitindo, portanto, uma elevação da taxa de fotossíntese.

INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA

As reações enzimáticas dependem da temperatura. Entretanto, em altas temperaturas, as enzimas se desnaturam, perdendo sua atividade e impedindo a formação do complexo enzima-substrato.

INTENSIDADE LUMINOSA

PONTO DE COMPENSAÇÃO

As plantas só realizam a fotossíntese em presença de luz, mas respiram o tempo todo, estando claro ou escuro.

Ponto de compensação é a intensidade luminosa na qual a taxa de fotossíntese é igual à taxa de respiração.

Indica o ponto em que todo o oxigênio produzido na fotossíntese está sendo consumido na respiração.

PONTO DE COMPENSAÇÃO:Intensidade luminosa na qual

TF = TR

Taxas de fotossíntese e da respiração celular aeróbia em função da intensidade luminosa.

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