O conjunto de transformações químicas em que moléculas são modificadas, quebradas ou unidas entre si transformando-se em outras é o que constitui o metabolismo. O metabolismo pode ser dividido em um conjunto de reações de anabolismo (construção de moléculas orgânicas) e de catabolismo (degradação de moléculas), processos que os seres vivos utilizam para obter a matéria-prima e a energia para sua sobrevivência.
ATP: a moeda energética dos seres vivos
A energia obtida das moléculas orgânicas degradadas é primeiramente armazenada em moléculas de trifosfato de adenosina (ATP). Essa molécula irá capturar, armazenar e posteriormente transferir a energia para os processos celulares. O ATP é um nucleotídio, composto pela base nitrogenada adenina unida ao glicídio ribose, que se liga a uma cadeia de três grupos fosfatos. As ligações químicas entre os fosfatos do ATP são chamadas de ligações de alta energia. O ATP normalmente é sintetizado através da adição de um grupo fosfato inorgânico a uma molécula precursora com dois fosfatos, o ADP.
Síntese e quebra do ATP (A energia liberada pela quebra da ligação entre o segundo e o terceiro fosfato será transferida para o metabolismo celular)
Vejamos, de forma simplificada, os principais mecanismos de obtenção de energia
Respiração Celular
A maioria dos seres vivos sintetizam ATP através da respiração celular. Nesse processo o oxigênio atua como agente oxidante de moléculas orgânicas. Desta maneira, moléculas de ácido graxo ou de glicídios (como a glicose), são degradadas, formando gás carbônico e água e liberando energia, que será utilizada para a produção de ATP a partir de ADP e fosfato inorgânico. As etapas da respiração celular e seus saldos finais são:
1. Glicólise: processo anaeróbico que ocorre no citoplasma da célula. Saldo Final:2 ATPs e 1 NADH.
- Glicólise
2.Ciclo de Krebs: processo aeróbico que ocorre na matriz mitocondrial. Saldo Final: 2 CO2+ 3 NADH+ 1FADH + 1GTP (ou ATP)
- Esquema resumido do Ciclo de Krebs
3.Cadeia respiratória: processo aeróbico que ocorre na membrana interna da mitocôndria. Obs: O gás oxigênio só participa efetivamente da respiração celular nesta última etapa. No entanto, apesar de o oxigênio não estar envolvido em nenhuma etapa do Ciclo de Krebs, em sua ausência o ciclo é rapidamente interrompido. No início desta etapa, as moléculas de NADH e FADH2 serão reoxidadas, reduzindo o oxigênio a moléculas de água.
Reações de redução do gás oxigênio
A energia liberada gradativamente pelos elétrons durante sua transferência até o gás oxigênio é usada na produção de ATP.
Detalhe dos transportadores de elétrons da cadeia respiratória e a síntese do ATP ( membrana interna mitocondrial)
Saldo Final da fosforilação oxidativa: até um máximo de 26 moléculas de ATP.
Saldo final da respiração celular: até um máximo de 30 moléculas de ATP (2 da glicólise + 2 do ciclo de Krebs (1 GTP para cada AcetilCoA) + 26 da cadeia respiratória).
Fermentação
A fermentação é o principal mecanismo anaeróbico para produção de ATP a partir de substâncias orgânicas. É utilizada por muitos fungos e bactérias que vivem em locais pobres em oxigênio. Neste processo o ácido pirúvico recebe elétrons e hidrogênio do NADH, transformando-se em ácido lático (fermentação lática) ou etanol (fermentação alcoólica) e gás carbônico.
- Fermentação alcoólica
- Fermentação lática
Nossas células musculares realizam, além da respiração, a fermentação lática em casos de grande esforço muscular. Assim há liberação de energia extra, porém, com acúmulo de ácido lático, que provoca dores e cansaço.
Saldo final da fermentação: 2 ATPs
Fotossíntese
Na fotossíntese ocorre a síntese de compostos orgânicos a partir de gás carbônico em presença de clorofila e luz. A fotossíntese pode ser resumida em 4 etapas:
1. Absorção de luz;
2. Transporte de elétrons que leva à produção de NADPH;
3. Produção de ATP;
4. Fixação de carbono (conversão de CO2 em glicídios).
As etapas de 1-3 ocorrem na membrana tilacóide dos cloroplastos e a etapa 4 em seu estroma.
- Estrutura do cloroplasto
Equação da fotossíntese
O glicídio que se forma na fotossíntese é o 3-fosfato de gliceraldeído (PGAL), que será, em seguida, transformado em amido ou sacarose.
Quimiossíntese
A quimiossíntese é o processo de formação de moléculas orgânicas através da energia liberada em reações de oxidação de substâncias inorgânicas. É realizada por bactérias e arqueobactérias autotróficas que vivem em locais desprovidos de luz e matéria orgânica. Para sobreviver, esses organismos necessitam apenas de um agente oxidante, gás carbônico e água.
Exemplos: bactérias de solo dos gêneros Nitrosomonas e Nitrobacter importantes para a reciclagem de nitrogênio do planeta.
- Bactérias do gênero Nitrobacter utilizam a oxidação do nitrito a nitrato
- Bactérias do gênero Nitrosomonas utilizam a oxidação do amônio a nitrito
Exercícios
1. (Unicamp-1999) Nas células, a glicose é quebrada e a maior parte da energia obtida é armazenada principalmente no ATP (adenosina trifosfato) por curto tempo.
a) Qual é a organela envolvida na síntese de ATP nas células animais?
b) Quando a célula gasta energia, a molécula de ATP é quebrada. Que parte da molécula é quebrada?
c) Mencione dois processos bioquímicos celulares que produzem energia na forma de ATP.
2. (PUC – PR-2007) Analise as afirmações abaixo, relativas ao processo do metabolismo energético:
I. Fermentação, respiração aeróbica e respiração anaeróbica são processos de degradação das moléculas orgânicas em compostos mais simples, liberando energia.
II. Todos os processos de obtenção de energia ocorrem na presença do oxigênio.
III. A energia liberada nos processos do metabolismo energético é armazenada nas moléculas de ATP.
IV. No processo de fermentação, não existe uma cadeia de aceptores de hidrogênio que está presente na respiração aeróbica e anaeróbica.
V. Na respiração aeróbica, o último aceptor de hidrogênio é o oxigênio, enquanto na respiração anaeróbica é outra substância inorgânica.
VI. Na fermentação, a energia liberada nas reações de degradação é armazenada em 38 ATPs, enquanto na respiração aeróbica e anaeróbica é armazenada em 2 ATPs.
Estão corretas:
a) I , III , IV , V
b) I , III , V , VI
c) I , IV , V , VI
d) I , II , IV , V
e) I , II , III, IV
3. (Vunesp-2008) A realização dos jogos pan-americanos no Brasil, em julho de 2007, estimulou muitos jovens e adultos à prática de atividades físicas. Contudo, o exercício físico não orientado pode trazer prejuízos e desconforto ao organismo, tais como as dores musculares que aparecem quando de exercícios intensos. Uma das possíveis causas dessa dor muscular é a produção e o acúmulo de ácido láctico nos tecidos musculares do atleta. Por que se forma ácido láctico durante os exercícios e que cuidados um atleta amador poderia tomar para evitar a produção excessiva e acúmulo desse ácido em seu tecido muscular?
4. (Fuvest-2000) Em uma situação experimental, camundongos respiraram ar contendo gás oxigênio constituído pelo isótopo 18o. A análise de células desses animais deverá detectar a presença de isótopo 18o, primeiramente
a) no ATP.
b) na glicose.
c) no NADH.
d) no gás carbônico.
e) na água.
Gabarito
1. a) A organela envolvida na produção de ATP é a mitocôndria.
b) A molécula é quebrada entre o segundo e o terceiro fosfato, dando origem a uma molécula de ADP (adenosina difosfato) e a um grupo fosfato isolado, liberando energia.
c) Processos bioquímicos celulares produtores de ATP são a respiração, a fermentação e a fotossíntese.
2. A
3. Pelo aporte insuficiente de oxigênio às células musculares, parte da glicose é fermentada, gerando ácido láctico. Os cuidados a serem tomados pelo atleta amador se dividem em duas categorias. Em termos imediatos, deve dar preferência a exercícios aeróbicos leves (caminhar, nadar, etc.), precedidos de aquecimento e alongamento muscular. No longo prazo, um condicionamento físico correto levará a uma maior capacidade cardiovascular e pulmonar, aumentando o fluxo de oxigênio às células musculares durante o esforço.
4. E
