Biologia celular

Biologia celular

(Parte 5 de 7)

Fig. 2.1 – Representação esquemática do papel do ATP como “moeda energética” da célula. As reações catabólicas liberam energia, que é armazenada nas moléculas de ATP. A célula utiliza essa energia armazenada para realizar trabalho, por exemplo para a união de aminoácidos, para a fabricação das proteínas, no transporte de substâncias através da membrana plasmática, na contração muscular etc.

Q.E. 1) Na figura anterior está indicado que o alimento é o que dá energia, mas, a energia não é liberada pelo ATP? Explique:

Tudo bem, para saber como é obtida essa “moeda forte”, ou seja, o ATP nas células, vamos dar uma olhadinha no nosso dia-a-dia. É comum ouvir mães e, principalmente vovós, falando “come menino, para você ficar bem forte e com muita energia”. Nos comerciais as propagandas nos dizem que se comemos alguns alimentos achocolatados e cereais teremos energia de sobra até para realizar as manobras mais radicais! Bom, tudo bem, mas a primeira pergunta que surge é:

3) Será que a energia que o nosso corpo precisa para realizar todas as muitas atividades que realiza provêm dos alimentos?

Sim, sem dúvida, os alimentos que ingerimos fornecem a energia necessária para que as nossas células, e o nosso organismo possam realizar as suas funções.

4) Isso ocorre com todos os alimentos? Mesmo com a alface que a mãe obriga a comer?

Sim, todos os alimentos fornecem energia ao nosso organismo em forma de ATP, incluindo o alface, o jiló, o quiabo e por aí vai. Existem alimentos mais e outros menos energéticos, mas vamos por parte.

Q.E. 2) Como você imagina que isso ocorre? Pare um pouco, pense e tente “inventar” uma explicação, anote a sua explicação no caderno. No final compare a sua explicação com o que realmente ocorre.

Em princípio TODOS os alimentos que ingerimos devem ser degradados em moléculas mais simples a serem utilizadas pelas células, utilizando reações exotérmicas (exo=exterior e térmica vem de calor: energia), ou seja, reações que produzem energia.

Dito de uma outra forma, todos os alimentos que ingerimos estão reduzidos, isto é, possuem elétrons que podem ser doados, e precisam ser transformados (os alimentos) em substâncias bem mais simples que sejam capazes de receber elétrons (substâncias oxidadas). Lembre-se: quando acontece uma reação química em que moléculas são degradadas, os átomos se reassociam formando outras moléculas. Então para que os nutrientes que ingerimos se- jam oxidados, estes precisam reagir com o gás oxigênio (O2 ), liberando ener- gia. Parte dessa energia é armazenada no ATP, que você já conhece muito bem! Para ser utilizada nos processos celulares.

5) Até aqui tudo bem, mas estamos falando de nutrientes e de O2 . Isso não foi visto quando falamos de fotossíntese? Uma coisa tem a ver com a outra?

É claro que têm tudo a ver! Lembra o que acontece durante o dia na fotossíntese? (pode relembrar nas primeiras páginas deste fascículo) as plantas pro- duzem glicose e O2 . O oxigênio será utilizado na respiração celular (que ocorre na mitocôndria); e quando comemos aquela alface ou aquela batatinha frita (hmm, está me dando fome!) estamos ingerindo glicose que é um carboidrato, entre outros nutrientes. Logo falaremos desses outros nutrientes.

Quando uma molécula de glicose reage com 6 moléculas de oxigênio, formam-se 6 moléculas de gás carbônico (CO2) e 6 de água (H2 O). A energia liberada nesse processo é suficiente para a fabricação de cerca de 38 moléculas de ATP: isto ocorre a partir de 38 moléculas de ADP e 38 fosfatos.

TODO esse processo a partir dos nutrientes, utilizando O2 para obter ener- gia em forma de ATP e produzir CO2 e H2 O é chamado de respiração celular ou respiração aeróbica por utilizar o oxigênio atmosférico.

Q.E. 3) Até aqui está tudo claro, mas, de que forma a batata frita que você come vai se transformar em ATP?

Para obter a energia da batatinha frita (que está reduzida) o organismo precisa oxidá-la completamente, para finalmente obter a energia em forma de ATP. Esse processo todo chama-se respiração celular e ocorre principalmente dentro das mitocôndrias (as pequenas usinas) da célula. Esse processo é formado por três etapas importantíssimas. Mas, antes de ver as etapas, vamos tentar responder umas questões:

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O trifosfato de adenosina (ATP) é um: a) ácido nucléico. b) lipídio. c) monossacarídeo. d) nucleotídeo.

É claro que você respondeu acertadamente que o ATP é um nucleotídeo

Quando uma proteína se desnatura, ela:

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Se respondeu que o isótopo de O2 está na água, você está certo! Lembra que o processo de produção de energia termina com os nutrientes finalmente transformados em CO2 e H2 O.

Então vamos tentar responder agora a seguinte questão:

Qual das alternativas indica corretamente os compartimentos celulares nos quais ocorrem as diversas etapas da respiração celular?

CCCCCiclo de Krebsiclo de Krebsiclo de Krebsiclo de Krebsiclo de KrebsGlicóliseGlicóliseGlicóliseGlicóliseGlicóliseFosforilaçãoFosforilaçãoFosforilaçãoFosforilaçãoFosforilação oxidativaoxidativaoxidativaoxidativaoxidativa a) Citosol Mitocôndria Citosol b) Mitocôndria Citosol Mitocôndria c) Mitocôndria Citosol Mitocôndria d) Mitocôndria Mitocôndria Mitocôndria

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Estávamos falando que o processo de respiração celular têm três etapas: glicólise, ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa. Bom, em primeiro lugar, a glicose é degradada através de várias enzimas específicas num total de 10 reações a duas moléculas menores o ácido pirúvico ou piruvato. Este processo chamado glicólise ocorre no citoplasma celular (especificamente no citosol ou líquido citoplasmático). Para que a glicose possa ser ativada a célula gasta 2 ATP, esse “investimento” é pago com juros, pois a cada molécula de glicose são produzidos pela glicólise 4 ATPs. Isto significa que o rendimento total da glicólise são 2 ATP (Produz 4, mas gasta 2, o “saldo” são 2 ATPs). Na glicólise também são liberados elétrons energizados e íons H+ .

Os ácidos pirúvicos e os íons H+ produzidos durante a glicólise são conduzidos para dentro da mitocôndria, onde libertarão sua energia restante. O ácido pirúvico libera uma molécula de gás carbônico e uma de acetil. A molécula de acetil inicia uma série de oito reações (lembra que estamos dentro da mitocôndria) chamada de ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico. Os produ- tos finais do ciclo de Krebs são 2 CO2 além de mais elétrons energizados e íons H+ .

6) Os elétrons energizados e íons H+ devem ser muito importantes, pois são produzidos tanto na glicólise como no ciclo de Krebs. Isto é verdade? Por quê?

Sim, é verdade, estes elétrons energizados e íons H+ passam por substâncias transportadoras que ficam literalmente “enfileiradas” na membrana interna da mitocôndria formando a chamada cadeia respiratória ou cadeia de trans- porte de elétrons. Este transporte de elétrons permite que eles liberem gradativamente o excesso de energia. Essa energia é utilizada para forçar os íons H+ para o espaço entre as duas membranas mitocondriais. Os íons H+ acumulados nesse espaço são difundidos de novo para dentro da matriz mitocondrial. Essa passagem de íons H+ produz muita energia, pois fosforila ADP para formar ATP, esse processo é chamado de fosforilação oxidativa.

Bom, agora dá para responder a questão anterior não dá? A alternativa correta é a c.

Q.E. 4) Agora preste atenção ao desenho a seguir e veja bem quantos ATP são produzidos em cada etapa da respiração celular.

Q.E. 5) Todo o processo da respiração aeróbica ocorre quando há oxigênio atmosférico que pode ser utilizado. O que ocorre quando não há oxigênio?

Muitos fungos e bactérias vivem em ambientes pobres em O2 , a obtenção de energia se dá pela degradação parcial de moléculas orgânicas a moléculas menores. Este processo é a fermentação. As células do nosso corpo também podem realizar a fermentação quando falta O2 para a respiração celular. Este processo também começa com a degradação da glicose, a glicólise produzindo 2 ácidos pirúvicos, e liberando energia para um “saldo” de 2 ATP. Em seguida

Então vamos responder a questão a seguir:

Fig. 2.2 – Localização das etapas da respiração celular e produção do ATP. A glicólise ocorre no citosol enquanto o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória ocorrem na mitocôndria.

Como você já deve ter ouvido falar, os esportistas podem acumular ácido lático nos seus músculos. Este processo é denominado de fermentação lática, e além das células musculares pode ser realizado por algumas bactérias, por exemplo, as bactérias que fermentam o leite.

Em outra situação o ácido pirúvico proveniente da glicólise transforma-se em etanol (álcool etílico) e CO2 , este processo de fermentação alcoólica é realizado por alguns fungos, como o fermento de pão ou o fungo de padaria Saccharomyces cerevisiae. Há milênios a humanidade utiliza as leveduras para produzir bebidas alcoólicas e na produção de pão. Observe os detalhes da fermentação lática e alcoólica na figura a seguir:

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Fisiologistas esportivas em um centro de treinamento olímpico desejam monitorar os atletas para determinar a partir de que ponto seus músculos passam a trabalhar anaerobicamente. Eles podem fazer isso investigando o aumento, nos músculos, de: a) ATP. b)ADP. c)gás carbônico. d)ácido lático.

Fig. 2.3 – Representação esquemática das principais etapas da fermentação lática e da fermentação alcoólica.

Q.E. 6) Compare o processo de respiração aeróbica com o da fermentação sob os seguintes aspectos:

a) Reagentes e produtos finais de cada um. b) Rendimento energético de cada um.

c) Como se explica o fato de o rendimento energético da respiração aeróbica ser tão superior ao da fermentação?

Quando iniciamos esta conversa sobre a obtenção de energia através dos alimentos, você nem imaginava que a sua avó estava certa quando dizia “Come menino, para ter mais energia, mais força!” Que senhora sabida, hein? Como você já estudou, todo o processo da respiração celular começa com a degradação da glicose na glicólise.

Q.E. 7) Tente reescrever todo o processo com as suas palavras. Compare o seu texto com aquele do início, quando você teve que “inventar” uma história para explicar a obtenção da energia. Compare os dois textos, qual ficou mais legal?

Q.E. 8) Pense no seguinte: através da energia radiante do sol, os vegetais realizam a fotossíntese para a produção de alimento e O2 . Os outros seres vivos alimentam-se para finalmente, através da respiração celular, obter energia em forma de ATP. Você já ouviu falar da primeira lei da termodinâmica? Leia sobre isso ou converse com o seu monitor e relacione-a com a frase anterior.

Continuando, nós sabemos que você não ingere somente glicose na sua alimentação! Então vamos estudar quais substâncias estão presentes nas células, e conseqüentemente, nos alimentos?

Q.E. 9) Escreva no seu caderno as substâncias que você acredita façam parte da matéria viva. Como já sabemos, os seres vivos são constituídos por matéria e a matéria é constituída por átomos.

7) Os átomos que formam a matéria componente dos seres vivos são diferentes daqueles que formam a matéria não viva?

Não, embora na matéria viva predominem certos tipos de átomos. Eles são idênticos aos encontrados na matéria não viva.

Os átomos são unidades que compõem as moléculas. Uma molécula pode ser formada por dois, três ou milhares de átomos, por exemplo, a molécula de água é formada por dois átomos de H (hidrogênio) e um átomo de O (oxigênio), já a molécula de DNA (que você tem ouvido falar muito) têm milhares de átomos de C (carbono) entre milhares de átomos de outros elementos químicos. Quando a matéria viva é analisada em relação aos átomos que a formam, os mais abundantes são: carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O), nitrogênio (N), fósforo (P) e enxofre (S).

8) Então se os átomos da matéria não viva são os mesmos da matéria viva, existe algum deles que faça a diferença?

A matéria viva está formada por moléculas orgânicas, e o átomo de carbono

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