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O documento discute os tipos de nutrição e processos de incorporação de energia nas células, incluindo fotossíntese, quimiossíntese e respiração. A fotossíntese converte a energia luminosa em energia química na forma de glicose, enquanto a quimiossíntese usa a oxidação de compostos inorgânicos. A respiração quebra moléculas orgânicas para liberar energia na forma de ATP.

Ciências◦
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Metabolismo Energético
TIPOS DE NUTRIÇÃO Fotossíntese: energia usada é a luz. Ex: plantas, algas e algumas bactérias. Autótrofa ou autotrófica (do grego auto: por si só; sozinha e tróphos: alimento) – o ser vivo fabrica seu próprio alimento usando substâncias inorgânicas e energia vindas do ambiente. Quimiossíntese: energia usada vem da quebra de substâncias inorgânicas, onde há liberação de elétrons. Ex: algumas bactérias. Heterótrofa ou heterotrófica (do grego hetero: diferente e tróphos: alimento) – o ser vivo busca seu alimento em outro ser vivo ou em restos destes. Por ingestão: o alimento é ingerido e posteriormente digerido. Ex: animais e protozoários. Por absorção: o alimento é digerido e posteriormente absorvido. Ex: fungos, bactérias, protozoários.
Metabolismo Energético Celular • Reações químicas entre moléculas reagentes dão origem ao produto. • Reações endergônicas: precisam receber energia. Ganha mais P Ex.: fotossíntese e quimiossítese • Reações exergônicas: perda de P. • Funcionamento do ATP como moeda energética.
ATP – a moeda energética das células
•ATP = Adenosina Trifosfato. •Trata-se de um ribonucleotídeo de Adenina associado a três radicais Fosfato. As ligações entre os Fosfatos são de Alta energia. Adenina Ribose Ligação de Alta Energia ATP
NUCLEOSÍDEO NUCLEOTÍDEO = adenosina monofosfato (AMP) Adenosina difosfato (ADP) Adenosina trifosfato (ATP) Adenina Fosfato Ribose Molécula de ATP
ATP(Adenosina Trifosfato)
A B ADP + Pi ATP Reação endotérmica Reação exotérmica C D e Calor e Calor REAÇÕES ACOPLADAS Reação exotérmica Reação endotérmica ATP em ação
MATÉRIA INORGÂNICA 6CO2 + 12H2O MATÉRIA ORGÂNICA GLICOSE C6H12O6 Luz Solar Energia Luminosa CLOROFILA ENERGIA QUÍMICA + 6 H2O 6O2 A FOTOSSÍNTESE 6CO2 + 12H2O CLOROFILA Energia Luminosa Energia Química C6H12O6 + 6 H2O + 6O2
 Realizada por algumas espécies de bactérias autótrofas.  O pigmento que capta energia luminosa é um tipo específico de clorofila: a bacterioclorofila.  Como não utiliza a água como doador de hidrogênio, e sim substâncias como o H2 e o H2S não há liberação de oxigênio. FOTOSSÍNTESE BACTERIANA
MATÉRIA INORGÂNICA 6CO2 + 12H2S MATÉRIA ORGÂNICA GLICOSE C6H12O6 Luz Solar Energia Luminosa BACTERIOCLOROFILA ENERGIA QUÍMICA + 6 H2O 12 S FOTOSSÍNTESE BACTERIANA 6CO2 + 12H2S C6H12O6 + 6 H2O + 12 S Energia Luminosa Energia Química BACTERIOCLOROFILA
QUIMIOSSÍNTESE  Processo em que a energia utilizada na formação de compostos orgânicos, provém da oxidação de substâncias inorgânicas diversas.  As substâncias oxidadas são diferentes para os diferentes tipos de bactérias quimiossintetizantes.
MATÉRIA INORGÂNICA 6CO2 + 12H2O MATÉRIA ORGÂNICA GLICOSE C6H12O6 Oxidação de Compostos Inorgânicos ENERGIA QUÍMICA 6O2 + 6 H2O QUIMIOSSÍNTESE 6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6 H2O + 6O2 Substancia inorgânica + O2 Substância inorgânica oxidada + Energia Química
www.bioloja.com Processos de Incorporação de Energia – produção de glicose FOTOSSÍNTESE BACTERIANA (CO2 + H2) GLICOSE C6H12O6 FOTOSSÍNTESE (CO2 + H2O) QUIMIOSSÍNTESE ( CO2 + H2O ) Bacterioclorofila O2 Clorofila Reações de Oxidação E O2
 As formas de vida heterotróficas quebram, no interior de suas célula, a moléculas orgânicas contidas nos alimentos que consomem.  Os autótrofos quebram moléculas orgânicas que eles mesmos produziram.
Processos de Liberação de Energia  A quebra da molécula orgânica para liberar energia pode se dar de duas maneiras: – Respiração: quebra completa da molécula de glicose na presença de oxigênio. – Fermentação: quebra parcial da molécula de glicose na ausência de oxigênio.
Processos de Liberação de Energia: respiração  A respiração corresponde à degradação completa da molécula de glicose originando gás carbônico e água.  O saldo energético é de 36 ou 38 moléculas de ATP.  A respiração acontece no citoplasma dos procariontes. Nos eucariontes tem início no citoplasma,continua e termina nas mitocôndrias .
Processos de Liberação de Energia: respiração  A presença de átomos de oxigênio é condição básica para a respiração e a origem dos mesmos permite identificar dois tipos diferentes desse processo: – Respiração Aeróbia – quando o oxigênio consumido é o O2 (gás oxigênio). – Respiração Anaeróbia – quando o oxigênio consumido tem origem em substâncias inorgânicas como carbonatos, nitratos, etc.
Respiração Aeróbia e Anaeróbia Respiração Resp. Aeróbia Rep. Anaeróbia Quebra total da Glicose – C6H12O6 Quebra total da Glicose – C6H12O6 Com O2 Nitritos / Nitratos / Carbonatos ENERGIA 38 ATP Matéria inorgânica CO2 e H2O ENERGIA 36 ATP Matéria Inorgânica CO2 e H2O  A respiração aeróbia é realizada por muitos procariontes, protistas, fungos e pelas plantas e animais.  A respiração anaeróbia é realizada por apenas alguns tipos de bactérias.
Processos de Liberação de Energia: Fermentação  A fermentação corresponde à degradação parcial da molécula de glicose originando substâncias mais simples porém ainda orgânicas e portanto ricas em energia.  O saldo energético desse processo é de 2 moléculas de ATP  19 vezes menos rentável que a respiração.
Processos de Liberação de Energia: Fermentação O produto final obtido determina o tipo de fermentação realizada: • Fermentação alcoólica – álcool etílico e gás carbônico • Fermentação lática – ácido lático Os diversos tipos de fermentação são utilizados pelo homem na produção de bebidas, alimentos e combustíveis.
Fermentação FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA LÁTICA Sem Oxigênio Álcool Etílico 2 ATP de Energia Gás Carbônico Ácido Lático 2 ATP de Energia
A Degradação da Matéria Orgânica: resumo GLICOSE RESPIRAÇÃO FERMENTAÇÃO QUEBRA TOTAL QUEBRA PARCIAL Com Oxigênio Sem Oxigênio ENERGIA 38 ATP MATÉRIA INORGÂNICA MATÉRIA INORGÂNICA ENERGIA 2 ATP MATÉRIA ORGÂNICA
Ferm. Lática – ac. Lática Alcoólica – CO2 + álcool etílico C6H12O6 Resp. Anaeróbia CO2 + H2O 36 ATP Carbonatos Fosfatos, etc Resp. Aeróbia CO2 + H2O 38ATP O2 C6H12O6 FOTOSSÍNTESE BACTERIANA QUIMIOSSÍNTESE FERMENTAÇÃO RESPIRAÇÃO FOTOSSÍNTESE GLICOSE CO2 + H2 CLOROFILA BACTERIOCLOROFILA CO2 + H2 CO2 + H2 O O GLICOSE Oxidação de compostos inorgânicos Sem oxigênio VISÃO GERAL C6H12O6
Fotossíntese • Principal processo autotrófico realizado por seres clorofilados. • Fórmula básica: • 6 CO2 + 12 H2O luz e clorofila C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Organismos fotossintetizadores • Plantas verdes; • Microalgas (diatomáceas e as euglenoidinas); • Cianófitas (algas verde-azuladas) e diversas bactérias.
Célula clorofilada Membrana do tilacóide Esquema da molécula de clorofila Folha Granum Parede celular Cloroplasto Membrana externa Membrana interna Tilacóide Granum Estroma DNA Núcleo Vacúolo Cloroplasto Tilacóide Complexo antena Caminho da Fotossíntese
Cloroplastos Função:Realizar FOTOSSÍNTESE - captação de energia luminosa para transformação em energia química. - gás carbônico (CO2) e água (H2O) reagem formando glicose ( C6H12O6) e gás oxigênio(O2)
CLOROPLASTOS E FOTOSSÍNTESE
LOCALIZAÇÃO DOS CLOROPLASTOS Os cloroplastos localizam-se nas partes verdes de plantas e algas. Nas plantas superiores, geralmente se localiza nas folhas, órgão vegetal responsável em captar luz e gás carbônico e realizar a fotossíntese. cloroplastos vistos no microscópio óptico
Cloroplastos realizam a fotossíntese. Para isso é necessária a presença de um pigmento verde chamado clorofila, presente nessas organelas exclusivas de algas e plantas. Acredita-se que os cloroplastos eram bactérias que ao longo da evolução se associaram as células eucariontes. cloroplasto visto no microscópio eletrônico
Etapas • Fotoquímica (reação de claro)  Necessita de energia luminosa. OBS.: A clorofila reflete a luz verde e absorve com maior eficiência os comprimento de onda das luzes azul e vermelha. • Química (reação de escuro)  Não necessita de luz, mas sim dos produtos formados na fase fotoquímica.
Etapas da Fotossíntese
C L O R O P L A S T O Tilacóide Etapa II QUÍMICA Etapa I FOTOQUÍMICA Luz H2O CO2 ADP NADP H2O C6H12O6 ATP NADPH2 O2 E S T R O M A Glicose Fotossíntese em ação
glicose O NADP é um transportador de átomos de hidrogênio liberados pela quebra da água. Ele captura hidrogênio na fase clara se convertendo em NADPH e fornece esse hidrogênio na fase escura para a formação da glicose, voltando a se converter em NADP. O ADP é um transportador de energia. Ele recolhe a energia luminosa do ambiente para que ocorra um processo chamado de fosforilação, onde há a união de mais um átomo de fósforo (com absorção de energia) ao ADP, transformando-o em ATP que fornece essa energia para que as reações da fase escura ocorram. A água é quebrada (sofre fotólise) e libera átomos de hidrogênio e oxigênio. Os átomos de oxigênio se unem para formar o gás oxigênio. Gás carbônico fornece produtos (C e O) para que junto com os hidrogênios vindos da água ocorra a formação da glicose. Glicose será usada no processo de respiração celular. Fase clara Fase escura
Etapa Fotoquímica • Ações: Fotofosforilação e Fotólise da água • Reagentes: Luz, H2O, ADP e NADP • Produtos: O2 / ATP / NADPH2 • Local: tilacóides Fotofosforilação  adição de fostato (fosforilação) em presença de luz (foto) com a transferência da energia captada pela clorofila para as moléculas de ATP. Fotólise da água  quebra da água por enzimas localizadas nos tilacóides, sob a ação da luz, liberando O2 e formação de NADPH2
FATORES DE INFLUÊNCIA DA FOTOSSÍNTESE COMPRIMENTO DE ONDA (nm) TAXA DE FOTOSSÍNTESE LUZ É o principal fator de influência da taxa de fotossíntese. A luz branca é formada pela união das sete cores do espectro visível. Dessas sete cores, a planta absorve melhor os comprimentos de onda que representam as cores vermelho e azul, sendo que a cor verde é pouco absorvida pela folha.
Fotólise da água: quebra da molécula de água em presença de luz Luz Clorofila Fotofosforilação: adição de fosfato em presença de luz ATP ADP O2 2 NADPH2 4 H+ + 4 e- + 2 H2O 4 H+ + 2 NADP
FOTOFOSFORILAÇÃO CÍCLICA FONTE: http://vsites.unb.br/ib/cel/microbiologia/metabolismo/fotoss.jpg
FOTOFOSFORILAÇÃO ACÍCLICA Fonte: http://curlygirl.no.sapo.pt/imagens/luminosa.jpg
NADP- nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato- Transportador de hidrogênio. e- elétros H+ prótons
Etapa Química • Ações: Ciclo das pentoses • Reagentes: CO2, ATP e NADPH2 • Produtos: Carboidratos e H2O • Local: Estroma Ciclo de pentoses proposto por Melvin Calvin (1961) Fixação do carbono, elemento presente no meio abiótico que passa para o biótico
6C O2 + 12NADPH2 + nATP C6 H12 O6 + 6 H2 O + nADP + nP Equação da etapa química
CICLO DE CALVIN Fonte:http://www.netxplica.com/figuras_netxplica/exanac/ciclo.calvin.completo.1.p ng
RESUMO DO PROCESSO FOTOSSÍNTESE 12H2O ETAPA CLARA LOCAL: 6 H2O 6O2 ETAPA ESCURA LOCAL: 12NADPH2 18ATP Tilacóides Estroma Glicídio (C6H1206) 6CO2 LUZ
PASSO A PASSO DA FOTOSSÍNTESE A luz é absorvida pela clorofila e sua energia é usada num processo chamado de fosforilação – a incorporação de mais um átomo de fósforo a molécula de ADP (adenosina difosfato) que é transformada em ATP (adenosina trifosfato). A água é quebrada (sofre fotólise) em átomos de hidrogênio e oxigênio. Os átomos de hidrogênio são “capturados” pelo NADP (nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato), que se transforma em NADPH. O átomo de oxigênio se junta a outro e se transforma em gás oxigênio. F A S E C L A R A F A S E E S C U R A O gás carbônico é convertido em glicose usando-se os átomos de hidrogênio vindos do NADPH e a energia da molécula de ATP produzidos durante a fase clara. O NADPH ao deixar os hidrogênios vira NADP e o ATP se transforma em ADP. O NADP e o ADP voltam para a etapa clara para novamente serem convertidos.
Fatores limitantes da Fotossíntese • Intensidade luminosa; • Concentração de CO2; • Temperatura; • Fatores internos: Genética, posição das folhas, nutrição e etc.
INTENSIDADE LUMINOSA
COMPENSAÇÃO E SATURAÇÃO LUMINOSA Situação x Situação B Situação A Ponto de compensação luminosa é quando a taxa de fotossíntese é igual a taxa de respiração. Nesse ponto a planta produz a mesma quantidade de gás oxigênio que ela própria consome. Ponto de saturação luminosa é quando a taxa de fotossíntese é freada e não aumenta independente do aumento da quantidade de luz que é fornecida a planta. y planta libera gás oxigênio e cresce. planta consome gás oxigênio e definha.
CONCENTRAÇÃO DE CO2
TEMPERATURA
FATORES QUE AFETAM A TAXA DE FOTOSSÍNTESE DA PLANTA  Eficiência fisiológica da planta C3, C4 e CAM Variações dentro de cada grupo  Intensidade e qualidade da luz Radiação fotossinteticamente ativa (RFA) incidente: Regiões temperadas = 2000 mol/m2  s (pleno sol no verão) (Mckenzie et al., 1999) Região Tropical = 2500 mol/m2  s (pleno sol em Capinópolis- MG, nov/2000) Região Nordeste  3000 mol/m2  s (pleno sol na época seca, Sobral, 2009)  Teor de nutrientes do solo Manejado via fertilização Possibilidade do uso de plantas tolerantes
Disponibilidade de água Temperatura Concentração de dióxido de carbono na atmosfera  Área foliar (quantidade e qualidade) Capacidade síntese de compostos orgânicos f(área foliar) Dilema: folhas novas  mais consumidas
CICLO C4 E CAM(METABOLISMO ÁCIDO DAS CRASSULÁCEAS)  Ciclo C4 = Forma o ácido oxaloacético (4C) e depois concertido em ácido málico (Não o acumulam). O ácido Málico libera o CO2 .  EX. Milho, cana-de-açúcar, e outras gramíneas tropicais.  CAM= Fixam o CO2 durante à noite, mantendo os estômatos fechados durante o dia , evitando a perda d’água. Economizam mais água.  Formam também o ácido oxaloacético e málico. (o Acumulam).  EX. Cactos e outras plantas suculentas.
C4 CAM CAM
Exemplos de Vegetais de acordo com o metabolismo energético C3 Leguminosas de clima temperado (trevos...) Gramíneas de clima temperado (azevém anual, azevém perene, festuca...) Leguminosas de clima tropical (fisiologia C3 mas temp. ótima >; leucena, cunhã, estilosantes, desmodium, calopogônio...) C4 Gramíneas de clima tropical (cana-de-açúcar, milho, sorgo, milheto...) CAM Cactáceas palma forrageira (Opuntia ficus-indica, Nopalea cochenilifera) mandacaru (Cereus jamacaru) xique-xique (Cereus gounellei) facheiro (Pilosocereus pachycladus) Bromeliáceas macambira (Bromelia laciniosa) sisal (Agave sisalana)
C4
CAM (fosfoenolpirúvico carboxilase)
Quimiossíntese • Processo em que a energia utilizada na formação de compostos orgânicos, a partir de gás carbônico(CO2) e água (H2O), provém da oxidação de substâncias inorgânicas. • Principais bactérias quimiossintetizantes: • FERROBACTÉRIAS  oxidação de compostos de ferro. • NITROBACTÉRIAS  oxidação da amônia (NH3) ou de nitritos (NO3) (importantes no ciclo do nitrogênio). – Nitrossomas & Nitrobacter
“fumarola” exalando sulfeto de hidrogênio bactérias que fazem quimiossíntese vermes se alimentam das bactérias CADEIA ALIMENTAR NAS PROFUNDEZAS DO OCEANO outros seres se alimentam dos vermes
Respiração • Processo de síntese de ATP que envolve a cadeia respiratória. • Tipos – AERÓBIA  em que o aceptor final de hidrogênios é o oxigênio. – ANAERÓBIA  em que o aceptor final de hidrogênio não é o oxigênio e sim outra substância (sulfato, nitrato)
MITOCÔNDRIA CITOPLASMA Glicose (6 C) C6H12O6 2 CO2 Ciclo de Krebs 4 CO2 2 ATP H2 FASE ANAERÓBIA FASE AERÓBIA 6 H2O Saldo de 32 ou 34 ATPs 6 O2 Piruvato (3 C) Saldo de 2 ATP Respiração em Eucariontes
Respiração Aeróbia • Utilizadas por procariontes, protistas, fungos, plantas e animais. • Molécula principal: glicose. • Etapas: – Glicólise (não usa O2). – Ciclo de Krebs – Cadeia respiratória (usa O2) • Obs.: – Procariontes: glicólise e ciclo de Krebs ocorrem no citoplasma e a cadeia respiratória na membrana. – Eucariontes: glicólise ocorre no citossol, e nas mitocôndrias o ciclo de Krebs (matriz) e a cadeia respiratória (cristas).
Glicólise • Função: quebra de moléculas de glicose e formação do piruvato. • Local: citossol • Procedimento: – Glicose  2 piruvato: liberação de hidrogênio e energia. – NAD  NADH :energia usada na síntese de ATP. • O piruvato formado entra na mitocôndria e segue para o ciclo de Krebs. Respiração Aeróbia
P ~ 6 C ~ P 3 C Piruvato 3 C Piruvato Glicose (6C) C6H12O6 ADP ATP ADP ATP 1. Duas moléculas de ATP são utilizadas para ativar uma molécula de glicose e iniciar a reação. 3 C ~ P 3 C ~ P 2. A molécula de glicose ativada pelo ATP divide-se em duas moléculas de três carbonos. Pi Pi NAD P ~ 3 C ~ P NADH NAD P ~ 3 C ~ P NADH 3. Incorporação de fosfato inorgânico e formação de NADH. P ~ 3 C ADP ATP P ~ 3 C ADP ATP 4. Duas moléculas de ATP são liberadas recuperando as duas utilizadas no início. ADP ATP ADP ATP 5. Liberação de duas moléculas de ATP e formação de piruvato. Glicólise
Ciclo de Krebs • Nomes: ciclo do ácido cítrico ou ácido tricarboxílico. • Mentor: Hans Adolf Krebs, 1953) • Local: matriz mitocondrial • Procedimento: – Piruvato  acetil : liberação de CO2 e H. – Acetil  Acetil-coenzima A (acetil-CoA) : entra no ciclo de Krebs. – Ciclo de Krebs: liberação de CO2, ATP, NADH, FADH2 • Obs.: todo o gás carbônico liberado na respiração provém da formação do acetil e do ciclo de Krebs. Respiração Aeróbia
Cadeia respiratória • Função: formação de ATP • Local: crista mitocondrial • Procedimento: – Fosforilação oxidativa:transferência de hidrogênios pelos citocromos, formando ATP e tendo como aceptor final o oxigênio e a formação de água • Obs.: O rendimento energético para cada molécula de glicose é de 38 moléculas de ATP. Respiração Aeróbia
Citosol Crista mitocondrial Mitocôndria Glicose (6 C) C6H12O6 Total: 10 NADH 2 FADH2 1 ATP 1 ATP 1 NADH 1 NADH Piruvato (3 C) Piruvato (3 C) 6 O2 6 H2O 32 ou 34 ATP 6 NADH 2 FADH 2 ATP 4 CO2 2 CO2 2 NADH 2 acetil-CoA (2 C) Ciclo de Krebs Visão geral do processo respiratório em célula eucariótica
Respiração Anaeróbia • Utilizada por bactérias desnitrificantes do solo como a Pseudimonas disnitrificans, elas participam do ciclo de nitrogênio devolvendo o N2 para a atmosfera. • Molécula principal: glicose e nitrato. • Fórmula: C6H12O6 + 4NO3  6CO2 + 6H2O + N2 + energia
Fermentação • Processo anaeróbio de síntese de ATP que ocorre na ausência de O2(solos profundos e regiões com teor de O2 quase zero) e que não envolve a cadeia respiratória. • Aceptor final: composto orgânico. • Seres Anaeróbios: – ESTRITOS: só realiza um dos processos anaeróbios(fermentação ou respiração anaeróbia) Ex.: Clostridium tetani – FACULTATIVAS: realizam fermentação ou respiração aeróbia. Ex.: Sacharomyces cerevisiae • Procedimento: – Glicose degradada em substâncias orgânicas mais simples como : ácido lático (fermentação lática) e álcool etílico (fermentação alcoólica)
Fermentação Lática • O piruvato é transformado em ácido lático. • Realizada por bactérias, fungos protozoários e por algumas células do tecido muscular humano. • Exemplos: – Cãibra: fermentação devido à insuficiência de O2 – Azedamento do leite. – Produção de conservas.
Glicólise Glicose (6 C) C6H12O6 ATP ATP Piruvato (3 C) Piruvato (3 C) NADH NADH Ácido lático 3 C NAD Ácido lático 3 C NAD Fermentação Lática
Fermentação Alcoólica • O piruvato é transformado em álcool etílico. • Realizada por bactérias e leveduras. • Exemplos: – Sacharomyces cerevisiae  produção de bebidas alcoólicas (vinho e cerveja) – Levedo  fabricação de pão.
Glicólise Glicose (6 C) C6H12O6 ATP ATP Piruvato (3 C) Piruvato (3 C) NADH NADH CO2 CO2 Álcool etílico 3 C Álcool etílico 3 C NAD NAD Fermentação Alcoólica
Glicólise Glicose (6C) C6H12O6 ATP ATP NADH NADH Ácido acético 3 C CO2 NAD NADH2 H2O Ácido acético 3 C CO2 NAD NADH2 H2O Piruvato (3 C) Piruvato (3 C) Fermentação Acética
Glicose  ácido lático + 2 ATP Fermentação Lática Glicose  álcool etílico + CO2 + 2 ATP Fermentação Alcoólica Glicose  ácido acético + CO2 + 2 ATP Fermentação Acética Glicose + O2  CO2 + H2O + 36 ou 38 ATP Respiração Resumo dos Tipos de fermentação e a respiração