Este documento discute os processos de respiração e fermentação celular. Explica que a respiração aeróbia e a fermentação são vias catabólicas que transferem energia de compostos orgânicos para ATP. A respiração aeróbia ocorre na presença de oxigênio e degrada completamente a glicose, enquanto a fermentação ocorre na ausência de oxigênio e produz etanol ou ácido láctico como subprodutos.

1. RESPIRAÇÃO E FERMENTAÇÃO
Margarida Barbosa Teixeira

2. Metabolismo celular
2
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. Metabolismo celular
3

4. Metabolismo celular
4
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. Metabolismo celular
5
Fotossíntese
Respiração aeróbia

6. Metabolismo celular - síntese
6
 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. Respiração aeróbia e Fermentação
7
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. Respiração aeróbia e Fermentação
8
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. Respiração aeróbia e Fermentação
9
 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. Respiração aeróbia e Fermentação
10
 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. Respiração aeróbia e Fermentação
11
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. Respiração aeróbia e Fermentação
12
Reacções catabólicas
presença de oxigénio ausência de oxigénio
aerobiose anaerobiose
Respiração Fermentação
aeróbia
Fermentação Fermentação
alcoólica láctica

13. Respiração aeróbia e Fermentação
13

14. Respiração aeróbia e Fermentação
14

15. Respiração aeróbia e Fermentação
15
 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. Respiração aeróbia e Fermentação
16
 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. Fermentação alcoólica
17
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. Fermentação alcoólica – produção de vinho
18
Antigo Egipto

19. Fermentação alcoólica – produção de vinho
19
 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. Fermentação alcoólica – produção de pão
20
Antigo Egipto

21. Fermentação alcoólica – produção de pão
21
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. Fermentação láctica
22
Bactérias Lácticas (M.E.)

23. Fermentação láctica
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 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. Fermentação láctica
24
 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. Fermentação
25
1 glicose + 2 ADP + 2Pi 2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP
1 glicose + 2 ADP + 2Pi 2 ácido láctico + 2 ATP

26. Fermentação
26
 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. Fermentação
27
 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. Fermentação
28
 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. Fermentação alcoólica
29
 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. Fermentação láctica
30
 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. Fermentação
31
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. Respiração aeróbia - Mitocôndria
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Mitocôndria (ME)
Mitocôndria
(representação esquemática)

33. Respiração aeróbia
33
 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. Respiração aeróbia
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Glicólise
(Citosol)
Formação de acetil-coenzima A
(Matriz mitocondrial)
Ciclo de Krebs
(Matriz mitocondrial)
Cadeia respiratória
(Cristas mitocondriais)

35. Respiração aeróbia
 Glicólise
35
 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. Respiração aeróbia
 Formação de Acetil-CoA
36
 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. Respiração aeróbia
 Ciclo de Krebs
37
 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. Respiração aeróbia
 Ciclo de Krebs
38
 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. Respiração aeróbia
 Cadeia transportadora de eletrões e fosforilação oxidativa
39
 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. Respiração aeróbia
 Cadeia transportadora de eletrões e fosforilação oxidativa
40
 O oxigénio, aceptor final de electrões, fica carregado negativamente e
combina-se com os protões, originando água.

41. Respiração aeróbia - Síntese
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42. Respiração aeróbia – Rendimento energético
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 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. Respiração aeróbia - Síntese
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C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP

44. Respiração aeróbia - Síntese
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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. Respiração aeróbia
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 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. Respiração aeróbia / Fermentação
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47. Fotossíntese vs Respiração aeróbia
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 A respiração aeróbia, sendo um processo “quase inverso” da fotossíntese,
permite um estabelecimento dinâmico entre os dois processos energéticos.