Modulo III - aula 45 - mitocondrias e respiração celular - aula 03

Modulo III - aula 45 - mitocondrias e respiração celular - aula 03

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MÓDULO I -- BOTÂNICA:: MITOCÔNDRIAS E RESPIRAÇÃO CELULAR – PARTE 03

Fermentação:

A fermentação, ao contrário da respiração aeróbia, realiza a quebra da glicose sem o oxigênio do ambiente. Muitos organismos têm na fermentação a sua única fonte de energia. Esses organismos — chamados de anaeróbios estritos ou obrigatórios — não possuem as enzimas responsáveis pelas reações químicas do ciclo de Krebs e da cadeia respiratória. O oxigênio é tóxico para eles, que só crescem e se reproduzem em ambientes sem este gás. É o caso da bactéria que causa o tétano — ela se reproduz em feridas profundas, com pouco suprimento de sangue ou oxigênio — e da bactéria que causa o botulismo — que pode se reproduzir em conservas e enlatados mal esterilizados.

Outros organismos, como o levedo de cerveja ou a célula muscular, possuem essas enzimas e fazem respiração aeróbia, mas podem, no entanto, optar pela fermentação, caso falte o oxigênio no ambiente. Organismos desse tipo são chamados de anaeróbios facultativos.

A maioria dos organismos só faz respiração aeróbia e morre quando falta oxigênio no ambiente. Esses organismos são aeróbios estritos.

Na fermentação, a quebra da glicose termina na primeira etapa da respiração aeróbia. Não havendo oxigênio ou não sendo possível utilizá-lo, outra molécula terá que funcionar como receptadora dos átomos de hidrogênio. Essa molécula pode ser o ácido pirúvico ou outro fragmento da glicose que, recebendo os átomos de hidrogênio, constitui um produto final, terminando o processo. O tipo de produto final depende da coleção enzimática própria de cada célula. Desse modo, a fermentação pode dar origem a álcool etílico, ácido acético, ácido láctico ou ácido butírico, por exemplo.

A fermentação não libera toda a energia da glicose, já que esta não é totalmente quebrada e oxidada até se transformar em gás carbônico e água, como ocorre na respiração aeróbia. Os produtos formados na fermentação (ácido láctico, álcool, etc.) ainda possuem energia armazenada na molécula. Por isso, o saldo energético da fermentação é de apenas duas moléculas de ATP (correspondentes à fase de glicólise) para cada molécula de glicose.

Estudaremos agora os dois tipos mais importantes da fermentação: a láctica e a alcoólica.

Anaeróbios estritos perigosos:

O bacilo (bactéria com a forma de bastão) do botulismo e do tétano encontram – se espalhados no solo na forma de esporos — uma espécie de célula desidratada, sem atividades de metabolismo e resistente a condições adversas (temperatura alta, secas, produtos químicos, etc.).

Em condições apropriadas, o esporo sai da vida latente, cresce e se reproduz, originando novas bactérias.

O bacilo do botulismo (Clostridium botulinum) cresce e se reproduz em enlatados e conservas que foram mal esterilizados, produzindo toxinas perigosas para o ser humano. Um dos sinais desse crescimento é o gás produzido na fermentação: ele faz estufar a lata e tem; cheiro de matéria em putrefacão. Pessoas intoxicadas precisam receber tratamento rápido (uma antitoxina é usada), pois correm risco de vida.

O tétano é uma infecção provocada pela contaminação de ferimentos profundos pelo bacilo Clostridium tetani. O doente precisa ser logo tratado com a antitoxina tetânica, já que a doença provoca contrações musculares que podem provocar asfixia e morte. O melhor é prevenir a doença com vacina tomada na infância e repetida de cinco em cinco anos.

A fermentação láctica nas bactérias:

As bactérias chamadas lactobacilos podem ser usadas na produção de iogurtes e coalhadas. Isso porque sua fermentação produz o ácido láctico, que coagula o leite, transformando - o em coalhada. O ácido láctico é produzido quando os hidrogênios retirados da glicose são entregues ao ácido pirúvico (figura 1).

Figura 1: A fermentação láctica.

Os lactobacilos são encontrados em nosso intestino, onde fabricam diversas vitaminas úteis ao nosso organismo, como as vitaminas do complexo B.

A fermentação láctica no músculo:

Durante um esforço muscular intenso, o oxigênio que chega ao músculo não basta para fornecer toda a energia necessária. Para suprir essa necessidade, as células musculares passam a realizar fermentação láctica. Nesse caso, há um acúmulo de ácido láctico no músculo, que produz dor, cansaço ou cãibras. Na realidade, tais sensações funcionam como defesas do organismo, levando - o a suspender o esforço. Se o músculo continuar em atividade, o ácido láctico aumenta a acidez da célula a ponto de prejudicar seu metabolismo. Posteriormente, parte do ácido láctico é conduzida pela corrente sanguínea ao fígado, onde será transformada em ácido pirúvico. Essa transformação consome oxigênio. Assim, a fermentação do músculo causa um débito de oxigênio, que é compensado pela respiração ofegante após o exercício.

Figura 2: Além de glicogênio, o músculo tem como reserva de energia a creatina fosfato. Na contração muscular, a creatina fosfato transfere um fosfato com energia para o ATP. Portanto, a fonte imediata de energia para a contração é sempre o ATP.

A fermentação láctica e a corrida:

Podemos compreender por que um corredor de 5.0 metros não pode começar a corrida com o mesmo pique de um atleta que vai correr apenas 100 metros. Ele precisa dosar o esforço, de modo que o oxigênio que chega até a célula seja suficiente para produzir toda a energia necessária.

Se o ritmo do corredor de longa distância for muito rápido desde o início, a fermentação láctica se inicia, logo provocando fadiga ou cãibra. Por isso, ele acelera apenas no final da corrida.

A célula muscular, quando em repouso, produz um excesso de

ATP. Esse ATP passa sua energia para um outro composto, a creatina fosfato, que, por ser mais estável, pode ficar mais tempo armazenada na célula. Em caso de necessidade, a creatina fosfato cede energia para a produção de ATP e este é usado no trabalho muscular (figura 2). Nos invertebrados, o músculo armazena outro composto, a arginina fosfato, com a mesma função da creatina fosfato. Ambas as substâncias, por terem facilidade em dar e receber fosfato, são chamadas de fosfágenos.

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A fermentação alcoólica:

Inscrições em placas de pedra, com 9.0 anos de idade, encontradas na Mesopotâmia, já mencionavam receitas para a produção de vinho e cerveja. Essa arte milenar é resultado de uma fermentação realizada por um fungo unicelular, o levedo de cerveja ou fermento, cientificamente chamado de Saccharomyces cerevisiae.

Na fermentação alcoólica, o ácido pirúvico é descarboxilado antes de receber os hidrogênios do NAD.2H. Conseqüentemente, a fermentação produz CO2, além de álcool etílico, que é o produto final (figura 3). O CO2 pode ser mantido na bebida, como é o caso do champanhe e da cerveja.

O líquido resultante da fermentação contém cerca de 15% de álcool e de outros produtos que dependem da matéria - prima utilizada no processo e que caracterizam o sabor da bebida. Assim, entre outros exemplos: o vinho é resultado da fermentação do açúcar da uva; a cerveja resulta da fermentação da cevada; a cachaça tem origem na fermentação da cana – de - açúcar.

Figura 3: A fermentação alcoólica.

O teor alcoólico pode ser diminuído ou aumentado dependendo das técnicas na industrialização. No caso de bebidas de alto teor alcoólico, este é aumentado através da destilação, na qual o álcool é evaporado e, em seguida, condensado, favorecendo sua concentração.

No produto da fermentação o teor de álcool também pode ser controlado pela entrada de oxigênio. Como o fungo é anaeróbio facultativo, a entrada de oxigênio permite a respiração completa, formando CO2 e H2O. Nesse caso, o fungo gasta menos glicose e não produz álcool.

Por outro lado, o fermento de padaria (fermento ―Fleischmann‖), contendo o fungo Saccharomyces cerevisiae vivo, faz crescer a massa do pão, através da produção de CO2. Formam - se bolhas cheias deste gás no meio da massa, que também contém álcool. O álcool é eliminado pelo calor do forno, o que explica por que não ficamos embriagados quando comemos pão.

O CO2 também é eliminado. Mas não devemos abrir muito o forno enquanto a massa não está cozida, pois as bolhas de gás se comprimem com a perda de calor e o pão não cresce.

Outros tipos de fermentação

Além do ácido láctico, as bactérias geram vários produtos importantes através da fermentação. O queijo suíço, por exemplo, é fabricado pela fermentação de uma bactéria que forma ácido propiônico e gás carbônico. Esse gás forma bolhas que se transformam nos famosos buracos do queijo suíço. Outra bactéria forma ácido acético, fermentando a sidra (vinho da maçã) ou vinho de uva, produzindo vinagre.

O ranço da manteiga se deve ao ácido butírico, que também é produto da fermentação de bactérias. O álcool usado como combustível e como solvente, além de outros solventes como a acetona e o álcool isopropílico, também é produto da fermentação.

A respiração anaeróbia:

Vimos que na fermentação um composto orgânico derivado da glicose é usado como aceptor final de hidrogênios. Na respiração anaeróbia há um ciclo de Krebs e uma cadeia respiratória, mas o oxigênio não é o aceptor final dos hidrogênios retirados da glicose. Esses hidrogênios são entregues a compostos inorgânicos do ambiente (nitratos, sulfatos ou carbonatos). A respiração anaeróbia é realizada por algumas bactérias que vivem em regiões pobres, sem O2, como solos profundos.

A evolução da respiração:

Acredita - se que os primeiros seres vivos que habitaram nosso planeta eram heterotróficos e faziam fermentação. Durante a evolução, surgiram organismos autotróficos, provavelmente cianobactérias, que, por fotossíntese, produziram oxigênio livre na natureza.

A facilidade com que esse oxigênio oxida as substâncias orgânicas deve ter ocasionado alguns problemas para os primeiros anaeróbios, pois, como vimos, ainda hoje as bactérias anaeróbias estritas não toleram um contato direto com o oxigênio do ar.

Podemos supor, então, que a principal vantagem dos mutantes com respiração aeróbia foi, inicialmente, uma proteção contra a ação oxidante do oxigênio do ambiente.

Outra vantagem do organismo aeróbio sobre o anaeróbio foi o maior rendimento na produção de energia: enquanto o saldo da fermentação é de apenas duas moléculas de ATP por molécula de glicose, a respiração completa fornece 38 moléculas de ATP. O baixo rendimento da fermentação (apenas 5% da energia da glicose é aproveitada) foi um fator que deve ter impedido os seres anaeróbios de se desenvolverem, permanecendo todos, até hoje, no nível microscópico. Apenas os aeróbios puderam evoluir para formas maiores e mais complexas.

Questões para Revisão: 01. O que acontece com o hidrogênio e seus elétrons na última etapa da respiração?

02. Qual o papel do oxigênio na terceira etapa da respiração?

03. Qual o saldo de moléculas de ATP produzidas na respiração aeróbia?

04. Defina fermentação.

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