O documento descreve os processos de metabolismo energético da célula, incluindo a glicólise, o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória, que convertem a energia química dos alimentos em ATP. A fotossíntese é também abordada como o processo pelo qual as plantas produzem alimentos a partir da luz solar, dióxido de carbono e água.

1. METABOLISMO ENERGÉTICO Professora: Katia Queiroz www.biomaiskatiaqueiroz.blogspot.com

3. CONCEITO É um conjunto de reações de oxirredução para a abtenção de energia a partir de uma fonte energética orgânica e que ocorre obrigatoriamente em todas as células. As reações de oxirredução consistem na transferência de H+ de um composto orgânico para outro com desprendimento de energia. A fonte de energia mais utilizada é a glicose (não a mais energética), os aminoácidos e os ácidos graxos fornecem mais energia mas são menos utilizados. C6H12O6 + 6O2 ® 6CO2 + 6H2O DG = 38 ATP

4. Etapas da Respiração Aeróbica A maior rentabilidade da respiração aeróbica em relação à fermentação é explicada pela completa "desmontagem" da molécula da glicose, com seus átomos de carbono separados em moléculas de CO2, e a total remoção dos seus átomos de hidrogênio ricos em energia. A respiração aeróbica (muitas vezes chamada, apenas, de respiração celular) é dividida em 3 etapas: a glicólise, o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória.

5. Glicólise Significa quebra da glicose. Nesse processo – que ocorre no hialoplasma a glicose converte-se em duas moléculas de ácido pirúvico(C3H4O3), como o consumo de 2 ATP. No entanto, a energia química liberada no rompimento das ligações da glicose permite a síntese de 4 ATP. Portanto, o saldo energético são 2 ATP.

6. Na conversão de glicose em ácido pirúvico, verifica-se a ação de enzimas denominadas desidrogenases, responsáveis, pela retirada de hidrogênios. Os hidrogênios são retirados da glicose e transferidos a dois aceptores denominados (NAD). Cada NAD captura 2 hidrogênios. Logo forma-se NADH2. Ocorre em condições anaeróbias.

8. CICLO DE KREBS O ácido pirúvico formado no hialoplasma penetra na mitocôndria,onde perde CO2, com ação de enzimas denominadas descarboxilases. O ácido pirúvico é então convertido em aldeído acético. O aldeído acético combina-se com a coenzima A(CoA), originando Acetil coenzima A( acetil – CoA) que é reativa.

9. Ele combina-se com um composto existente na matriz chamado ácido oxalacético. Nesse momento inicia-se o ciclo de Krebs. Da reação do Acetil CoA com o ácido oxalacético surgi o ácido cítrico.Ela sofre desidrogenações e descarboxilações(perdas de carbono) até originar uma nova molécula de ácido oxalacético definindo um ciclo de reações que constitui o ciclo de Krebs

10. IMPORTANTE Ocorre liberação de CO2 Edesidrogenções diversas. Os hidrogênios retirados são capturados por aceptores que podem ser o NAD ou o FAD com formação do NADH2 e o FADH2

11. IMPORTANTE Uma alimentação rica em carboidratos pode elevar a produção de Acetil CoA, tornando-se superior a quantidade necessária para fabricação de ATP. O excesso dessa substância pode ser usado para a produção de ácidos graxos e consequentemente de gordura.uma alimentação pobre em carboidratos favorece que a célula use suas próprias gorduras para produzir o acetil CoA durante o ciclo de Krebs.

13. Inicialmente, a molécula do acetil Co-A se funde a uma molécula de ácido oxalacético. A molécula resultante da fusão, o ácido cítrico, tem seis átomos de carbono. Em algumas etapas dessa seqüência cíclica são perdidos átomos de carbono e átomos de hidrogênio. Os átomos de carbono entram na formação de moléculas de CO2, liberadas pela célula. Os átomos de hidrogênio, ricos em energia, são recolhidos por aceptores. Um deles é o NAD, anteriormente citado. O outro é o FAD (flavina-adenina-dinucleotídeo). Em uma das etapas da seqüência, a energia liberada é suficiente para que uma molécula de ADP se converta em ATP.

14. Portanto, em cada volta do ciclo de Krebs, são geradas duas moléculas de CO2, uma molécula de ATP, três moléculas de NADH e uma de FADH. Como cada molécula de glicose origina duas moléculas de acetil Co-A, permite que o ciclo de Krebs seja adicionado duas vezes. No total, o ciclo de Krebs produz, por molécula de glicose:

15. moléculas de CO2 2 moléculas de ATP 6 moléculas de NADH 2 moléculas de FADH

16. As moléculas de CO2 são liberadas pela célula, juntamente com as outras geradas na glicólise, totalizando seis moléculas. As duas moléculas de ATP se tornam disponíveis para serem empregadas nas diversas formas de trabalho celular. As seis moléculas de NADH e as duas de FADH irão levar os átomos de hidrogênio que estão conduzindo para a cadeia respiratória, última etapa da respiração aeróbica.

18. A cadeia respiratória, também conhecida como cadeia transportadora de elétrons, é composta de uma série de enzimas aceptoras de elétrons, os citocro-mos. Todos eles estão presentes junto das cristas mitocondriais, onde a cadeia respiratória acontece

19. As enzimas que participam da cadeia respiratória associam-se as cristas mitocondriais . Existe a participação de moléculas intermediárias que permitem a liberação gradativa de energia , com a consequente formação de ATP. Após passarem por essa cadeia os hidrogênios são recolhidos pelo O2 FORMANDO ÁGUA.

20. Na cadeias respiratória além da presença de NAD e de FAD, verifica-se a participação do citocromos. Que transportam hidrogênios. A medida que passam pela cadeia respiratória os elétrons liberam energia gradativamente. Essa energia é empregada na síntese de ATP.

21. Os citocromos são proteínas dotadas de um anel central, com íons ferro. Quando um citocromo recebe um par de elétrons, os seus íons Fe+++ se transformam em íons Fe++. Quando o par de elétrons é cedido para o citocromo seguinte, os íons ferro retornam ao seu estado inicial. Os pares de elétrons provenientes dos átomos de hidrogênio, ao passarem de um citocromo para outro, vão liberando energia e alcançando níveis energéticos progressivamente mais baixos. Ao mesmo tempo, os prótons H+ circulam pelo espaço existente entre as membranas interna e externa das mitocôndrias.

22. Em algumas etapas da passagem dos pares de elétrons pela cadeia respiratória, a energia liberada é suficiente para que uma molécula de ADP seja ligada a mais um grupo fosfato, formando uma molécula de ATP. Como essa fosforilação se faz graças à energia proveniente da oxidação da glicose, é chamada fosforilação oxidativa

23. Quando os elétrons entram na cadeia respiratória vindos dos átomos de hidrogênio trazidos pelo NADH, permitem a produção de três moléculas de ATP. Quando são trazidos pelo FADH, apenas duas moléculas de ATP são geradas. No final da passagem dos pares de elétrons pela cadeia transportadora, eles são recolhidos, juntamente com os seus respectivos prótons H+, pelo oxigênio, o que resulta em moléculas de água. O oxigênio é o aceptor final de elétrons da cadeia respiratória.

24. IMPORTANTE O gás oxigênio é o aceptor final de hidrogênios. Numa célula aeróbia desprovida de O2 ficaria com citocromos saturado de elétrons esse fato impediria o citocromos seguinte recebesse elétrons e assim o transporte de elétrons ficaria bloqueado e não ocorreria a síntese de ATP. A célula morreria por asfixia.

30. A falta de oxigênio faz com que os elétrons não sejam removidos do complexo de citocromos. Retrogradamente, os outros componentes da cadeia respiratória passam a reter elétrons, por não poder passá-los adiante. Com a parada na progressão dos pares de elétrons, cessa a produção de ATP e a célula morre por falência energética

31. Balanço Energético da Respiração Aeróbica. Até a década de 1980, admitia-se a rentabilidade energética da respiração aeróbica como sendo de 38 moléculas de ATP por molécula de glicose degradada. Entretanto, com a descoberta de que a molécula de NADH produzida fora da mitocôndria origina apenas duas moléculas de ATP, esse valor foi revisto. Hoje, considera-se como correto que uma molécula de glicose produz, na respiração aeróbica, 36 moléculas de ATP. Há algumas células, como as células do coração, do fígado e dos rins humanos, que obtêm rendimento de 38 moléculas de ATP por molécula de glicose. Entretanto, para a maioria delas, o rendimento é de 36 moléculas de ATP.

32. Rendimento Energético da Glicólise Anaeróbia

33. SUBSTÂNCIAS QUE AFETAM A RESPIRAÇÃO Monóxido de carbono ÁCIDO CIANÍDRICO ÁCIDO SULFÍDRICO

34. FOTOSSÍNTESE

35. A fotossíntese é um processo onde ocorre absorção de luz. É através dela que os vegetais produzem alimentos, o combustível indispensável para a vida da planta, do homem e de outros animais. As folhas possuem células denominadas fotossintetizadoras, que contém clorofila e são muito sensíveis à luz. Quando a luz incide em uma molécula de clorofila, esta absorve parte da energia luminosa que permite a reação do gás carbônico com água, produzindo carboidratos e liberando oxigênio.

36. A reação química que ocorre na fotossíntese pode ser esquematizada da seguinte forma: Fórmula Geral da Fotossíntese 6 CO2 + 12 H2O ----luz---+--clorof----> C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2

37. Conceito A fotossíntese é um processo complexo, constituído por diversos fenómenos. Tudo começa quando a luz incide nas folhas e é captada pela clorofila. Este pigmento, com a energia da luz do sol, vai reagir com a água da seiva bruta, decompondo-a nos seus componentes básicos, ou seja, quebram-se as ligações entre os componentes que formam a água e dessa quebra liberta-se energia química (a energia das ligações), que fica armazenada na célula dentro de "caixinhas de energia".

38. Assim, a partir do dióxido de carbono do ar e da água que retira do solo, a planta fabrica os seus alimentos, convertendo a energia dos raios solares em energia química da matéria orgânica produzida. A folha, portanto, prende a energia da luz do sol e armazena-a na forma de energia química, nas ligações químicas entre os componentes dos hidratos de carbono.

39. Depois, a partir do amido e dos sais minerais que retira do solo, a planta produz todos os outros materiais que precisa para viver e crescer, nomeadamente as proteínas. Para fabricar as proteínas as plantas necessitam de elementos químicos suplementares, tais como o azoto, o enxofre e o fósforo, que vão buscar aos sais minerais.

40. ETAPAS A energia é capturada do sol Esta energia é utilizada para decompôr a água e produzir energia química A energia química é utilizada para formar substâncias orgânicas, a partir do dióxido de carbono do ar

42. Resumidamente dois estágios sequenciais ocorrem nos cloroplastos: a) Primeiro, a luz com certos comprimentos de onda são capturadas e convertidas em energia química por uma série de passos chamados de reações de luz ou reações luminosas ou ainda fase clara. Essas reações são processadas nas membranas internas do cloroplasto (tilacóides). b) Segundo, o CO2 é fixado e reduzido à compostos orgânicos, particularmente açúcares, por uma série de passos chamados de reações no escuro ou fixação de CO2 ou ainda fase escura. Esse processo ocorre na matriz fluída do cloroplasto (estroma).

43. A fotossíntese é a conversão de energia luminosa em energia química, onde ocorre a produção de carboidratos a partir do dióxido de carbono e água na presença de clorofila. As reações fotossintetizantes ocorrem em duas etapas: fase luminosa e fase escura. A fase luminosa ocorre na presença de luz. A energia proveniente da luz solar energiza um elétron da clorofila (que obtém esse elétron da água e gera O2 como subproduto), capacitando-o a se mover por uma cadeia transportadora de elétrons, aonde vão perdendo a energia produzindo ATP. Este caminho é chamado de transporte cíclico e utiliza o fotossistema I.

44. O transporte acíclico ocorre com a participação de dois fotossistemas. Os elétrons da clorofila do Fotossistema I é bombeado juntamente com o íon H+, que são recolhidos pelo NADP+, convertendo-o em NADPH. Esta síntese é também chamada de fosforilação acíclica . moléculas orgânicas.

45. Na fase escura, acontecem as reações de fixação do carbono, que ocorre no estroma. O ATP e o NADPH produzidos na fase luminosa servem como fonte de energia e como força redutora, respectivamente, para converter o CO2 em carboidratos e muitas outras

47. FASE CLARA Fosforilação cíclica : inicia-se quando a energia luminosa é absorvida pela clorofila A e se acumula em certos elétrons dessa molécula.Um elétron é ativado abandona a clorofila e é capturado por um cofator como a ferridoxina, um pigmento portado de Fe+++ que aceitando o elétron se transforma em Fe++ ele passa no citocromos. A medida que o elétron caminha perde energia que é usada para a síntese de ATP.

48. FOSFORILAÇÃO ACÍCLICA: Participação das clorofilas A e B A clorofila A absorve energia luminosa e emite dois elétrons ricos em energia, que são capturados por um aceptor do aceptor 2 elétrons são trasferidos para o NADP que se transforma em NADPH2 OCORRE FOTÓLISE – DISSOCIAÇÃO DE MOLÉCULAS DE ÁGUA.

49. A CLOROFILA B absorve energia luminosa e emite 2 elétrons ricos em energia. Esses elétrons passam através de uma cadeia de citocromos onde perdem energia . Após passarem pelo citocromos os elétrons capturados pela clorofila B são capturados pela clorofila A

50. IMPORTANTE A FASE FOTOQUÍMICA ENVOLVE ABSORÇÃO DE ENERGIA LUMINOSA SÍNTESE DE ATP FOTOLISE DA ÁGUA SÍNTESE DE NADPH2 PRODUÇÃO DE OXIGÊNIO OCORRE NOS GRANA DO CLOROPLASTO

51. FASE ESCURA - QUÍMICA É PROCESSADA NO ESTROMA O gás carbônico é transformado em moléculas orgânicas, principalmente carboidratos. Para tanto utiliza-se ATP como doador de energia e NADPH2 COMO FONTE DE Hidrogênios esses hidrogênios doados pelo NADPH2 Promovem a redução de CO2 e sua consequente transformação em carbiodratos.

52. IMPORTANTE CO2 – Fonte de carbono para a síntese de matéria orgânica Água – fonte de H+(síntese de NADPH2) e de elétrons( para o sistema de clorofila) Luz- Fonte de energia para a síntese de ATP e NADPH2 ATP – doador de energia para a conversão de CO2 em matéria orgânica NADPH2 – Fonte de hidrogênios para a conversão de CO2 em matéria orgânica Clorofila – pigmento responsável pela absorção de energia luminosa Ferridoxina – aceptor de elétrons emitidos pela clorofila Citocromos – transportador de elétrons.

53. Fase clara A fotossíntese é dividida em duas fases: clara e escura. A fase clara, também chamada de fotoquímica, consiste na incidência da luz solar sob a clorofila A. Elétrons são liberados e recebidos pela plastoquinona (aceptor primário de elétrons). Estes elétrons passam por uma cadeia transportadora liberando energia utilizada na produção de ATP. Os elétrons com menos energia entram na molécula de clorofila A repondo os liberados pela ação da luz.

54. A molécula de clorofila absorve energia luminosa. Este energia é acumulada em elétrons que, por este fato, escapam da molécula sendo recolhidos por substâncias transportadoras de elétrons. A partir daí, estes irão realizar a fotofosforilação, que, dependendo da substância transportadora, poderá ser cíclica ou acíclica. Em todos os dois processos, os elétrons cedem energia, que é utilizada para a síntese de ATP através de fosforilação (processo em que adiciona um fosfato rico em energia no ADP

55. Fotofosforilação acíclica Esta relacionada basicamente com a fotólise da água Fotofosforilação cíclica: O elétron sai da clorofila A, é captado pela ferrodoxina e passa por transportadores de elétrons, havendo nos cloroplastos. liberação de energia, que será utilizada na síntese de ATP. É importante citar que estes processos acontecem simultaneamente nos cloroplastos.

56. Fase escura Ocorre no estroma dos cloroplastos e é nesta fase que se forma a glicose, pela reação inicial entre o gás carbônico atmosférico e um composto de 5 carbonos, a ribulose difosfato (RDP), que funciona como “suporte” para a incorporação do CO2.

57. Ciclo de Calvin A molécula de CO2 se liga ao suporte de RDP desencadeando um ciclo de reações no qual se formam vários compostos de carbono. Para formação de uma molécula de glicose é necessário que ocorram 6 ciclos destes. Os átomos de Hidrogênio da água são adicionados a compostos de carbonos, obtidos a partir de CO2, havendo uma redução de gás, com produção de glicose.

58. Fatores que afetam a Fotossíntese A fotossíntese é afetada por vários fatores, tais como a intensidade luminosa, a temperatura e a concentração de gás carbônico no ar. Por exemplo: em uma planta mantida em um ambiente com temperatura e concentração de CO2 constantes, a quantidade de fotossíntese realizada passa a depender exclusivamente da luminosidade

59. FATORES - INTERFERÊNCIA Qualquer temperatura abaixo ou acima da “ótima” resulta em condição limitante para as reações de fotossíntese. Abaixo da temperatura “ótima” a energia cinética das moléculas reagentes (CO2, H2O) é insuficiente para conseguir o rendimento químico. Acima da “temperatura ótima” as enzimas vão se desnaturando, podendo até parar as reações.

60. A construção do gráfico acima utiliza dados obtidos em condições experimentais de laboratório. Observa-se que a concentração ótima é atingida em 0,2% de CO2, pois acima dessa concentração a taxa de fotossíntese

61. A observação do gráfico acima demonstra que as intensidades luminosas abaixo do ponto de saturação luminosa são valores limitantes do processo fotossintético. Acima dessa “intensidade ótima” já não haverá mais melhoria na taxa de rendimento.