RESPIRAÇÃO E FERMENTAÇÃO          Margarida Barbosa Teixeira
Metabolismo celular2                              Metabolismo                                      inclui                C...
Metabolismo celular3
Metabolismo celular4                                  Catabolismo                          reacções exoenergéticas em que ...
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Metabolismo celular - síntese6       As células de todos os seres vivos realizam um conjunto de reacções        químicas ...
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Respiração aeróbia e Fermentação14
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Fermentação láctica23        A fermentação láctica é efectuada por diversos organismos, alguns dos         quais são util...
Fermentação láctica24        Em caso de exercício físico intenso, as células musculares humanas, por         não recebere...
Fermentação25       1 glicose + 2 ADP + 2Pi    2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP        1 glicose + 2 ADP + 2Pi    2 ácido láctico ...
Fermentação26        A fermentação ocorre no citosol das células e compreende duas etapas:            Glicólise - conjun...
Fermentação27                Glicólise            A molécula de glicose é             quimicamente inerte; para que a su...
Fermentação28        Redução do ácido pirúvico        Os produtos finais da fermentação alcoólica e da fermentação lácti...
Fermentação alcoólica29            Redução do ácido pirúvico        Na fermentação alcoólica, o ácido pirúvico,         ...
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Respiração aeróbia33        A fermentação degrada a glicose em moléculas menores mas ainda ricas         em energia.     ...
Respiração aeróbia34         Glicólise         (Citosol)        Formação de acetil-coenzima A            (Matriz mitocondr...
Respiração aeróbia      Glicólise35        Tal como na fermentação, a 1ª fase da respiração aeróbia é a glicólise,      ...
Respiração aeróbia          Formação de Acetil-CoA36        Cada uma das 2 moléculas de ácido pirúvico, na presença de o...
Respiração aeróbia          Ciclo de Krebs37        O ciclo de Krebs:          ocorre na matriz da mitocôndria,        ...
Respiração aeróbia      Ciclo de Krebs38        Devido à combinação do grupo acetil         (com 2 carbonos) com o ácido...
Respiração aeróbia      Cadeia transportadora de eletrões e fosforilação oxidativa39    Ocorre nas     cristas     mitoc...
Respiração aeróbia      Cadeia transportadora de eletrões e fosforilação oxidativa40    O oxigénio, aceptor final de ele...
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Respiração aeróbia – Rendimento energético42        Sabendo que por cada molécula de:          NADH se produzem 3 molécu...
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11 fermentação e respiração

  1. 1. RESPIRAÇÃO E FERMENTAÇÃO Margarida Barbosa Teixeira
  2. 2. Metabolismo celular2 Metabolismo inclui Catabolismo Anabolismo Ao longo do qual se Ao longo do como por verifica qual se exemplo verifica Degradação Síntese de Fotossíntese da matéria matéria orgânica orgânica A matéria chega às células e vai permitir a ocorrência de numerosas reacções químicas, acompanhadas por transferências de energia, que no conjunto constituem o metabolismo celular.
  3. 3. Metabolismo celular3
  4. 4. Metabolismo celular4 Catabolismo reacções exoenergéticas em que se efectua a degradação de moléculas complexas em moléculas mais simples. Trabalho mecânico Biossínteses Calor Transporte activo Movimentos celulares Anabolismo reacções endoenergéticas que A conduzem à síntese de moléculas complexas a partir de moléculas mais simples.
  5. 5. Metabolismo celular5 Fotossíntese Respiração aeróbia
  6. 6. Metabolismo celular - síntese6  As células de todos os seres vivos realizam um conjunto de reacções químicas acompanhadas de transferências de energia, essenciais à vida. Ao conjunto dessas reacções chama-se metabolismo celular.  As reacções metabólicas em que os compostos orgânicos são degradados em moléculas mais simples, ocorrendo libertação de energia, designam-se reacções catabólicas e o seu conjunto por catabolismo (de modo global, as reacções de catabolismo são exoenergéticas).  As reacções metabólicas em que ocorre formação de moléculas complexas a partir de moléculas mais simples designam-se reacções anabólicas e o seu conjunto por anabolismo (globalmente, as reacções do anabolismo são endoenergéticas).  A ocorrência de reacções endoenergéticas de anabolismo é possível devido a transferências de energia que se verificam quando se dá a hidrólise de moléculas de ATP.  A respiração aeróbia e a fermentação são vias catabólicas capazes de transferir a energia contida nos compostos orgânicos para moléculas de ATP.
  7. 7. Respiração aeróbia e Fermentação7 Pasteur, no século XIX, realizou uma experiência com leveduras, utilizando os dois dispositivos seguintes: Igual quantidade de glicose Igual quantidade de leveduras Igual temperatura ambiental
  8. 8. Respiração aeróbia e Fermentação8 Quantidade Quantidade Aspecto da Condições do meio de glicose de leveduras Cheiro água de cal consumida formadas (g) (g) A ausência de 1 0,02 Álcool Turva oxigénio B Ausência de presença de 1 0,60 cheiro Turva oxigénio característico
  9. 9. Respiração aeróbia e Fermentação9  Qual a variável no processo experimental considerado?  Como interpretas a alteração de temperatura registada?  Porque é que a água de cal turvou?  Porque é que o nº de leveduras aumentou?  Qual a causa do cheiro a álcool?
  10. 10. Respiração aeróbia e Fermentação10  O aumento do número de leveduras provém do facto de se terem reproduzido. A reprodução só foi possível devido à existência de energia proveniente da degradação da glicose.  Alguma da energia produzida dissipa-se, sob a forma de calor, conduzindo a uma elevação da temperatura.  A degradação da glicose conduz à formação de produtos finais menos ricos em energia, como o CO2, que turva a água de cal.  Em anaerobiose, da degradação da glicose resulta a formação de álcool (etanol), composto ainda rico em energia.  A multiplicação mais intensa das leveduras, em condições aeróbias, evidencia uma maior capacidade de mobilização de energia.
  11. 11. Respiração aeróbia e Fermentação11 Seres Aeróbios Anaeróbios Anaeróbios utilizam o processo facultativos obrigatórios de aerobiose Capazes de extrair a utilizam o processo energia contida na de anaerobiose Ex. animais matéria orgânica, na presença ou na Ex. algumas ausência de oxigénio bactérias Ex.: leveduras
  12. 12. Respiração aeróbia e Fermentação12 Reacções catabólicas presença de oxigénio ausência de oxigénio aerobiose anaerobiose Respiração Fermentação aeróbia Fermentação Fermentação alcoólica láctica
  13. 13. Respiração aeróbia e Fermentação13
  14. 14. Respiração aeróbia e Fermentação14
  15. 15. Respiração aeróbia e Fermentação15  Transportador de hidrogénio NAD (Dinucleótido de Adenina Nicotinamida) redução NAD+ + 2e- + 2 H+ NADH + H+ Forma Forma reduzida oxidada oxidação  Na fermentação e na respiração aeróbia os compostos orgânicos são oxidados por remoção de hidrogénio.  Nestas reacções de oxidação intervém o composto NAD (transportador de hidrogénio) que transporta protões (H+) e electrões (e-) do hidrogénio, desde o substrato até um aceptor final.  Na respiração aeróbia intervém também o transportador FAD (forma oxidada FADH2).
  16. 16. Respiração aeróbia e Fermentação16  Se o aceptor final de electrões for:  uma molécula orgânica, o conjunto destas reacções designa-se fermentação,  uma molécula inorgânica, designa-se de respiração.  Se a molécula inorgânica for:  o oxigénio (O2), o processo designa-se respiração aeróbia (como acontece na maioria dos animais e plantas),  o nitrito (NO2-), o sulfato (SO42-), …, o processo designa-se de respiração anaeróbia (como acontece com algumas bactérias).
  17. 17. Fermentação alcoólica17 Leveduras – Saccharomyces cerevisae Observadas ao M.E. Observadas ao M.O.  As leveduras do género Saccaromyces são utilizadas na produção de vinho, cerveja e pão.  No caso do vinho e da cerveja, interessa, sobretudo, o álcool resultante da fermentação.  No caso da indústria de panificação, é o dióxido de carbono que é importante; as bolhas deste gás, ao libertar-se, contribuem para levedar a massa, tornando o pão leve e macio.
  18. 18. Fermentação alcoólica – produção de vinho18 Antigo Egipto
  19. 19. Fermentação alcoólica – produção de vinho19  O açúcar da uva é utilizado pelas leveduras, presentes na casca da uva, para obtenção de energia, por fermentação:  o CO2 é libertado,  o álcool é retido.
  20. 20. Fermentação alcoólica – produção de pão20 Antigo Egipto
  21. 21. Fermentação alcoólica – produção de pão21 Pão ázimo (não fermentado) Pão levedado  O açúcar da farinha é utilizado pelas leveduras, para obtenção de energia, por fermentação:  o CO2 ao ser libertado contribui para levedar a massa, tornando-a leve,  o álcool evapora.
  22. 22. Fermentação láctica22 Bactérias Lácticas (M.E.)
  23. 23. Fermentação láctica23  A fermentação láctica é efectuada por diversos organismos, alguns dos quais são utilizados na indústria alimentar, nomeadamente, no sector dos lacticínios  O ácido láctico altera o PH do meio, sendo por isso responsável pela coagulação das proteínas – processo fundamental para o fabrico de derivados do leite.
  24. 24. Fermentação láctica24  Em caso de exercício físico intenso, as células musculares humanas, por não receberem oxigénio em quantidade suficiente, podem realizar fermentação láctica, além da respiração aeróbia, conseguindo sintetizar uma quantidade suplementar de moléculas de ATP.  A acumulação de ácido láctico nos músculos é responsável pelas dores musculares que surgem durante estes períodos de intenso exercício. O ácido láctico, assim formado, é rapidamente metabolizado no fígado, sob pena de se tornar altamente tóxico para o nosso organismo.
  25. 25. Fermentação25 1 glicose + 2 ADP + 2Pi 2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP 1 glicose + 2 ADP + 2Pi 2 ácido láctico + 2 ATP
  26. 26. Fermentação26  A fermentação ocorre no citosol das células e compreende duas etapas:  Glicólise - conjunto de reacções que degradam a glicose até ácido pirúvico;  Redução do ácido pirúvico - conjunto de reacções que conduzem à formação dos produtos da fermentação.
  27. 27. Fermentação27  Glicólise  A molécula de glicose é quimicamente inerte; para que a sua degradação se inicie, é necessário que seja activada através da energia fornecida por 2 moléculas de ATP.  Através de uma sequência de reacções químicas, 1 molécula de glicose é desdobrada em 2 moléculas de ácido pirúvico:  os compostos intermediários são oxidados,  os transportadores de hidrogénio T (NAD+) são reduzidos em TH2 (NADH),  por transferências energéticas e fosforilação de 4 moléculas de ADP, são sintetizadas 4 moléculas de ATP.  O rendimento energético da glicólise é de 2 ATP.
  28. 28. Fermentação28  Redução do ácido pirúvico  Os produtos finais da fermentação alcoólica e da fermentação láctica diferem em função das reacções que ocorrem a partir do ácido pirúvico.  Na redução do ácido pirúvico não ocorre síntese de ATP, pelo que o rendimento energético quer da fermentação alcoólica quer da fermentação láctica é de 2 ATP, resultantes da glicólise.
  29. 29. Fermentação alcoólica29  Redução do ácido pirúvico  Na fermentação alcoólica, o ácido pirúvico, composto com 3 C, resultante da glicólise é descarboxilado, libertando-se CO2 e originando um composto com 2 C (aldeído acético), O aldeído acético, é reduzido, originando etanol (álcool etílico), composto com 2 C.  A redução é devida a uma transferência de hidrogénios do TH2 (NADH) formado durante a glicólise, o qual fica então na sua forma oxidada, T (NAD+), ficando livre para outras reacções de oxirredução.
  30. 30. Fermentação láctica30  Redução do ácido pirúvico  Na fermentação láctica, o ácido pirúvico, composto com 3 C, resultante da glicólise é reduzido, originando ácido láctico composto com 3 C.  A redução é devida a uma transferência de hidrogénios do TH2 (NADH) formado durante a glicólise, o qual fica então na sua forma oxidada, T (NAD+), ficando livre para outras reacções de oxirredução.
  31. 31. Fermentação31 Fermentação alcoólica 1 glicose + 2 ADP + 2Pi 2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP Fermentação láctica 1 glicose + 2 ADP + 2Pi 2 ácido láctico + 2 ATP
  32. 32. Respiração aeróbia - Mitocôndria32 Mitocôndria (ME) Mitocôndria (representação esquemática)
  33. 33. Respiração aeróbia33  A fermentação degrada a glicose em moléculas menores mas ainda ricas em energia.  Na respiração aeróbia, pelo contrário, a molécula de glicose é degradada em substâncias muito simples, pobres em energia (CO2 e H2O). C6H12O6 + O2 -> 6 CO2 + 6 H2O + energia  A degradação da glicose não pode ser efectuada de forma repentina, uma vez que a energia libertada seria muito intensa e comprometeria a vida da célula.  A respiração aeróbia é constituída basicamente por quatro fases:  Glicólise,  Formação de Acetil-coezima A  Ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico  Cadeia transportadora de electrões (cadeia respiratória) e fosforilação oxidativa.
  34. 34. Respiração aeróbia34 Glicólise (Citosol) Formação de acetil-coenzima A (Matriz mitocondrial) Ciclo de Krebs (Matriz mitocondrial) Cadeia respiratória (Cristas mitocondriais)
  35. 35. Respiração aeróbia  Glicólise35  Tal como na fermentação, a 1ª fase da respiração aeróbia é a glicólise, que ocorre no citosol, pela qual a oxidação da glicose gera:  2 moléculas de ácido pirúvico,  2 moléculas de ATP,  2 moléculas de NADH
  36. 36. Respiração aeróbia  Formação de Acetil-CoA36  Cada uma das 2 moléculas de ácido pirúvico, na presença de oxigénio, entra na mitocôndria, onde é descarboxilada e oxidada, reduzindo o NAD+ e formando a Acetil-CoA.  formam-se 2 NADH e 2 Acetil-CoA  libertam-se 2 CO2.
  37. 37. Respiração aeróbia  Ciclo de Krebs37  O ciclo de Krebs:  ocorre na matriz da mitocôndria,  é um conjunto de reacções metabólicas que conduz à oxidação completa da glicose.  Por cada molécula de glicose degradada formam-se 2 de acetil-CoA e consequentemente ocorrem 2 ciclos de Krebs.
  38. 38. Respiração aeróbia  Ciclo de Krebs38  Devido à combinação do grupo acetil (com 2 carbonos) com o ácido oxaloacético (com 4 carbonos), forma- se o ácido cítrico com seis carbonos.  Ao longo do ciclo ocorrem reacções de oxidação, descarbolixação e exoergéticas. Por cada molécula de glicose degradada, formam-se no ciclo de krebs (no conjunto dos 2 ciclos):  6 moléculas de NADH,  2 moléculas de FADH2,  2 moléculas de ATP,  4 moléculas de CO2.
  39. 39. Respiração aeróbia  Cadeia transportadora de eletrões e fosforilação oxidativa39  Ocorre nas cristas mitocondriais.  Os transportadores de hidrogénio anteriormente reduzidos (NADH FADH2) vão ser oxidados.  Os eletrões resultantes vão ser transferidos para cadeias transportadoras de electrões, cadeia respiratória (formada por proteínas da membrana interna da mitocôndria).  A transferência de electrões ao longo da cadeia respiratória conduz à libertação de energia que permite a síntese de ATP. Fosforilação do ADP em ATP devido à oxidação dos transportadores Fosforilação oxidativa
  40. 40. Respiração aeróbia  Cadeia transportadora de eletrões e fosforilação oxidativa40  O oxigénio, aceptor final de electrões, fica carregado negativamente e combina-se com os protões, originando água.
  41. 41. Respiração aeróbia - Síntese41
  42. 42. Respiração aeróbia – Rendimento energético42  Sabendo que por cada molécula de:  NADH se produzem 3 moléculas de ATP,  FADH2 se produzem 2 moléculas de ATP, é possível calcular o rendimento energético da respiração aeróbia. 38 ATP
  43. 43. Respiração aeróbia - Síntese43 C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP
  44. 44. Respiração aeróbia - Síntese44 Glicólise – Oxidação dos compostos orgânicos. Redução de transportadores (2). Síntese de ATP (2). Formação de – Oxidação do ácido pirúvico. Acetil-CoA Redução de transportadores (2). Descarboxilação (2 CO2). Ciclo de Krebs – Oxidação dos compostos do Ciclo. Redução de transportadores (8). Síntese de ATP (2). Descarboxilação (4 CO2)Fosforilação oxidativa – Oxidação dos transportadores reduzidos anteriormente. Transferência dos electrões para a cadeia respiratória. Fluxo de electrões na cadeia e libertação de energia. Síntese de ATP (34). Redução do oxigénio e formação de água.
  45. 45. Respiração aeróbia45  Em caso de exercício físico intenso as células musculares humanas, por não receberem oxigénio em quantidade suficiente, podem realizar a fermentação láctica, além da respiração aeróbia. Síntese de uma quantidade suplementar de ATP.
  46. 46. Respiração aeróbia / Fermentação46
  47. 47. Fotossíntese vs Respiração aeróbia47  A respiração aeróbia, sendo um processo “quase inverso” da fotossíntese, permite um estabelecimento dinâmico entre os dois processos energéticos.

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