O documento descreve os processos de obtenção de energia nas células através da fotossíntese, fermentação e respiração. A fotossíntese produz compostos orgânicos ricos em energia que são quebrados para libertar energia na forma de ATP através do metabolismo celular. O metabolismo celular inclui processos catabólicos como a fermentação e respiração que quebram moléculas para libertar energia. A fermentação produz álcool ou ácidos orgânicos enquanto a res

1. OBTENÇÃO DE ENERGIA
Biologia e Geologia
10º Ano
2009/2010

2. Metabolismo celular
 A fotossíntese assegura o fluxo
energético que se inicia no Sol e
continua através dos seres vivos.
 Os compostos orgânicos sintetízados
durante a fotossíntese são altamente
energéticos, no entanto não podem ser
utilizados directamente nos processos
bioquímicos que ocorrem no interior das
células, pelo que têm que ser
degradados de forma a libertar a
energia formando ATP, a qual já pode
ser utilizada.

3. Metabolismo celular
 Nas células ocorrem muitas reacções químicas essenciais à vida.
 Ao conjunto de todas essas reacções dá-se o nome de Metabolismo
celular, podendo no entanto distinguir-se dois tipos:
Metabolismo
Catabolismo Anabolismo
Compostos orgânicos são Reacções onde ocorre fiormação
decompostos em moléulas mais de moléculas mais complexas a
simples, ocorrendo libertação de partir de moléculas simples,
energia. havendo consumo de energia.

4. ATP
 A libertação de energia dos compostos
orgânicos faz-se por etapas.
 Caso contrário a libertação de calor seria
tal que se tornaria incompativel com a vida.
 Assim a obtenção de energia dá-se através
de uma sequência de reacções em cadeia
nas quais a energia vai sendo libertada e
acumulada em compostos energéticos
intermédios como o ATP.
 De facto o ATP é o composto energético
intermédio mais comum nos seres vivos,
sendo por isso considerado o transportador
universal de energia, a nível celular.

5. Transportadores e aceptores
 Existem diversas vias catabólicas capazes de transferir a energia contida nos
compostos orgânicos para moléculas de ATP.
 Nestas intervêm compostos como o NAD que transporta protões e electrões do
hidrogénio desde o substracto (composto orgânico incial) até a um aceptor final.
 Se o aceitador (aceptor) final for uma molécula inorgânica, o conjunto destas
reacções denomina-se de respiração.
 Se a aceptor for o oxigénio dá-se o caso particular da respiração aeróbia.
 Se o aceptor final for outro composto inorgânico como por exemplo o Nitrato, o Sulfato
ou o Dióxido de Carbono estamos perante a respiração anaeróbia.
 Por outro lado se não existir um aceptor final externo, mas sim um derivado do
substracto inicial, como por exemplo o piruvato, então estamos perante o caso da
fermentação.

6. Respiração vs Fermentação
 Seres vivos simples como algumas
bactérias, utilizam a fermentação como via
única de obtenção de energia,
denominam-se anaeróbios obrigatórios.
 No caso do Homem, e de outros seres vivos
como as leveduras, utiliza
preferencialmente a respiração aeróbia,
pois através dela retira grandes
quantidades de energia.
 No entanto e perante uma situação de
ausência desse gás, concentrações baixas
ou ainda situações onde é necessário
energia extra, alguns destes seres vivos
são capazes de realizar fermentação
como uma via alternativa, por isso se
denominam de anaeróbios facultativos.

7. Fermentação

8. Fermentação
 No ínicio do século XIX, Louis Pasteur
realizou uma série de experiências com
leveduras, com vista a conhecer melhor o
processo de fermentação.
 As leveduras são fungos (eucariontes)
unicelulares com grande capacidade de
multiplicação perante as condições
necessárias.
 Meios ricos em açucares;
 Temperaturas amenas.
 A velocidade de reprodução das leveduras
varia por exemplo com:
 Quantidade de substracto;
 Quantidade de produto final resultante.

9. Fermentação
 Pasteur  Verifica-se que o
processo aeróbio
realizou deverá ser mais
várias rentável
quantidade
pois
de
a
experiências, levedeuras final é
uma das muito maior do queno
caso anaeróbio.
mais simples
foi aquela  Outro facto visível é
em que que um dos produtos
finais da fermentação
apenas (anaeróbia) é um
variou a álcool etílico, razão
pelo qual se
presença ou denomina a este
não de processo,
fermentação
oxigénio. alcoólica.

10. Fermentação
 A fermentação levada a cabo pelas levedura é responsável
pela produção/transformação de muitos dos produtos
alimentares humanos.
 A fermentação é um processo simples e, em termos
evolutivos, primitivo.
 Ocorre no hialoplasma das células e divide-se em:
 Glicólise – conjunto de reacções que degradam a glicose até
ácido pirúvico ou piruvato.
 Redução do piruvato – conjunto de reacções que conduzem à
formação dos produtos de fermentação.

11. Glicolise
 A glicose é uma molécula quimicamente
inerte, assim para que a sua degradação
se inicie é necessário activa-la através de
energia fornecida pelo ATP. (FASE DE
ACTIVAÇÃO)
 De seguida ocorre uma sequência de
reacções até à formação de ácido pirúvico
com formação de ATP e NADH. (FASE DE
RENDIMENTO)
 Assim para activar cada glicose é
necessário o gasto de 2 ATP com o ganho
de 4 ATP e 2 NADH.
 O Rendimento é assim de 2ATPs e 2NADHs.
 Formando-se por cada glicose 2 Piruvatos.

12. Redução do Piruvato
 Os NADH formados durante a fase de activação,
vão agora ser utilizados para reduzir o piruvato
em condições de anaerobiose.
 O produto final varia de fermentação para
fermentação .
 Fermentação alcoólica – álcool etílico;
 Fermentação lactica – ácido láctico;
 Fermentação acética – ácido acético;
 Fermentação butírica – ácido butírico.

13. Fermentação alcoólica e láctica.

14. Respiração

15. Mitocôndrias
 Bactérias e leveduras não
apresentam grandes gastos
energéticos, pelo que a fermentação
serve perfeitamente.
 No entanto em células mais evoluídas
as necessidades energéticas são
superiores, pelo que em células
eucariontes surgiram organelos
especializados – as mitocôndrias –
na oxidação completa do ácido
pirúvico, o que permite aproveitar
muito mais a glicose.
 A processo é tão intenso e completo
que o produto final obtido é
extremamente simples, o CO2.

16. Respiração aeróbia
 Uma vez que este processo ocorre na presença
de Oxigénio, denomina-se de Respiração
Aeróbia.
 Etapas da Respiração Aeróbia
 Glicólise
(Citoplasma)
 Formaçaõ do Acetil-CoA
(Mitocôndrias)
 Ciclo de Krebs
(Mitocôndrias)
 Cadeia Transportadora (Fosforilação oxidativa)
(Crista Interna das Mitocôndrias)

17. Glicólise e formação do Acetil-CoA
• A glicólise é uma etapa comum à fermentação e à respiração.
• Por cada molécula de Glicose formam-se:
• 2 moléculas de NADH;
• 4 moléculas de ATP (embora se gastem 2 para activar a Glicose);
• 2 moléculas de Ácido Piruvico.
• Na presença de Oxigénio o Ácido Pirúvico entra na Mitocôndria sofrendo uma
descarboxilação e é oxidado (perda de um H+ o qual é utilizado para reduzir NAD+
a NADH).
• Ao composto assim formado junta-se um cofactor denominado de Coenzima A,
formando-se por cada molécula de ácido pirúvico um molécula de Acetilcoenzima A
(Acetil-CoA).
• Assim por cada molécula de Glicose formam-se:
• 2 moléculas de Acetil-CoA;
• 2 moléculas de NADH;
• 2 moléculas de CO2.

18. Ciclo de Krebs
 O Ciclo de Krebs, ou ciclo do ácido cítrico, é
um conjunto de reacções metabólicas que
leva à completa oxidação do Acetil-CoA,
isto é, da glicose.
 Decorre na matriz da mitocôndria.
 É catalizada por uma série de enzimas
onde se destacam as:
 Descarboxilase;
 Desidrogenase (cataliza as reacções de
oxidação-redução que levam à formação do
NADH).
 Por cada molécula de Glicose têm que
ocorrer dois ciclos de Krebs, pois formam-se
dois Acetil-CoA, e por cada volta é gasto
um.

19. Ciclo de Krebs
 O ciclo inicia-se com a junção de uma
molécula de Acetil-CoA (2C) com uma
molécula de ácido oxaloacético (4C),
formando-se um composto de seis
carbonos, o Ácido Cítrico.
 De seguida ocorrem duas
descarboxilações e duas oxidações, com
a formação de 2 CO2 e 2 NADH.
 Ocorre agora uma fosforilação de ADP
em ATP.
 Para terminar ocorrem duas oxidações
com a formação de um NADH e um
FADH2.
 Depois deste processo forma-se um
composto de quatro carbonos, ácido
oxaloacético.

20. Ciclo de Krebs
 Por cada molécula de Glicose, no final de dois
ciclos de Krebs formam-se:
 Seis moléculas de NADH;
 Duas moléculas de FADH2;
 Transportador de electrões e protões semelhante ao NADH.
 Duas moléculas de ATP;
 Duas moléculas de CO2.

21. Cadeia Transportadora
 As moléculas de NADH e FADH2 formadas nas
etapas anteriores vão agora transportar os
electrões até uma série de
aceptores/transportadores de electrões que se
encontram na membrana interna da mitocôndria.
 Estas proteinas aceptoras encontram-se
organizadas de acordo com a afinidade
crescente para com os electrões.
 O que permite um fluxo contínuo e unidireccional dos
electrões na cadeia.
 Existem 4 proteínas transportadoras, às quais se
dá o nome de Complexo I, II, III e V.
 Sendo que o aceitador final de electrões é o
Oxigénio.

22. Cadeia transportadora
 Os NADH e os FADH2 ao chegarem à cadeia transportadora,
cedem os electrões que transportam, sendo por isso oxidados.
 No caso do NADH:
 O Complexo I que tem afinidade para electrões mais energéticos, ao
receber 2 electrões bombeia protões da matriz mitocondrial para o
espaço intermembranar.
 Ao fazer isso os electrõe perdem parte da sua energia.
 Os electrões passam então para o Complexo II, que não bombeia
protões, mas faz com que os electrões percam alguma energia
 De seguida, os electrões com uma energia mais baixa, passam para o
transportador seguinte, Complexo III, que também bombeia mais protões
para o espaço intermembranar, fazendo com que os electrões perca mais
um pouco de energia.
 Os electrões agora ainda menos energéticos, passam para o ultimo
transportador, Complexo IV, que também bombeia protões, fazendo com
que os electrões percam ainda mais energia.
 Nesta fase os electrões passa para o aceitador final que é o Oxigénio,
que a receber duas cargas negativas junta-se também a dois protões e
forma uma molécula de água.

23. Cadeia transportadora
 Os protões transportados pelos Complexos I, III e
IV, acumulam-se no espaço intermembranar e ai
permanecem devido ao facto da membrana ser
impermeavel aos protões.
 Desta forma cria-se um desequilíbrio entre os dois
lados da membrana, que tem que ser eliminado
fazendo passar protões para a matriz.
 Assim existem ATPases na membrana interna da
mitocôndria que permitem a passagem desses
protões.
 Por cada protão que passa pela ATPase gera-se
um ATP, por fosforilação de ADP.
 Como cada NADH acaba por ser responsável
pelo bombeamento de 3 protões para o lado
intermembranar, então cada NADH é responsável
pela fosforilação de 3 ATPs.

24. Cadeia transportadora
 O FADH2 só transfere os electrões para o
Complexo II, o qual não transporta protões
para o espaço intermembranar.
 Os electrões passa, então para o Complexo
III e aí leva ao bombeamento de protões,
fazendo com que os electrões percam
energia.
 Estes passam para o Complexo IV, que
bombeia mais protões, e os electrões
passam então para o Oxigénio levando à
formação de água.
 Neste caso só houve bombeamento de 2
protões, os quais ao passarem pela
ATPsintetase levam à formação de 2 ATP.

25. Síntese de ATP
 Para verificar quanto ATP cada mólecula de Glicose pode originar temos que
nos lembrar que se formaram:
 6 NADH no Ciclo de Krebs (Matriz Mitocondrial);
 2 FADH2 no Ciclo de Krebs (Matriz Mitocondrial);
 2 NADH na Glicólise (Citoplasma/Hialoplasma);
 2 NADH na formação do Acetil-CoA (Matriz Mitcondrial).
 Todos estes vão ser utilizados na cadeia respiratória para sintetizar ATP…
 No entanto existe um problema para os NADH provenientes da Glicólise, pois a membrana
interna da mitocôndria é impermeável ao NADH do hialoplasma.
 Os electrões transportados então por esses NADH são normalmente cedidos a FAD
existentes na matriz mitocondrial, ou em algumas situações para NAD+ da matriz
mitocondrial.
 Geram-se assim duas situações.

26. Síntese de ATP
 Situação 1  Situação 2
 Por molécula de glicose:  Por molécula de glicose:
 Os NADH da glicólise cedem os  Os NADH da glicólise cedem os
electrões ao FAD. electrões ao NAD+.
 2NADH (Glicólise ) que se  2NADH (Glicólise ) que se
transformam em 2FADH2; transformam em 2NADH;
 2NADH (Acetil-CoA);  2NADH (Acetil-CoA);
 6NADH (Ciclo de Krebs)  6NADH (Ciclo de Krebs)
 2FADH2 (Ciclo de Krebs)  2FADH2 (Ciclo de Krebs)
4ATP+6ATP+18ATP+4ATP
6ATP+6ATP+18ATP+4ATP
TOTAL na C.T.: 32 ATP
TOTAL na C.T.: 34 ATP
Total da Respiração:
Total da Respiração:
34ATP(C.T.)+4ATP(Glicólise)+2(C.K.)
32ATP(C.T.)+4ATP(Glicólise)+2(C.K.) 40ATP
38ATP No entanto são gastos 2ATP para activar a
No entanto são gastos 2ATP para activar Glicose, logo o rendimendo é de 38ATP.
a Glicose, logo o rendimendo é de
36ATP.

27. Balanço Energético
NADH + H+ NAD + + 2H+ + 2e -
FAD NAD+
36 ATP 38 ATP

28. Respiração aeróbia… visão geral

29. Respiração vs Fermentação

30. Respiração vs Fermentação
 Respiração (aerobiose)  Fermentação (anaerobiose)
 Processo mais eficaz de retirar  Processo pouco eficaz de retirar
energia dos compostos energia dos compostos
orgânicos; orgânicos;
 No caso da Glicose pode gerar  No caso da glicose gera 2 ATPs,
até 38 ATPs, o que representa apenas 2% da energia contida
40% da energia contida na na molécula de glicose;
molécula;
 Os produtos finais como por
 Verifica-se que muita da energia exemplo álcool etílico
se perde sobre a forma de calor, (fermentação alcóolica) contém
a qual pode ser utilizada pelos ainda muita energia química
seres vivos para manterem o potencial.
corpo quente.
 Degração incompleta da Glicose
 Degradação completa da
Glicose.

31. Vias metabólicas
 Na ausência de Glicose,
os organismos podem
recorrer a outros
compostos orgânicos
como prótidos e lípidos.
 Nesses casos tanto
prótidos como lípidos
têm que ser convertidos
em compostos
precedentes ao Ciclo de
Krebs.