O documento descreve os processos de obtenção de energia nas células, incluindo a fotossíntese, respiração celular e metabolismo da glicose. A energia solar é a fonte primária de energia nos ecossistemas. Os produtores convertem a energia luminosa em energia química através da fotossíntese. Os heterotróficos obtêm energia da glicose através da respiração celular nos processos de glicólise, ciclo de Krebs e cadeia transportadora de elétrões

1. Biologia e Geologia – 10º ano
dezembro de 2015

2. Energia
Todos os organismos necessitam de energia
para realizarem as suas funções vitais
(crescimento, reprodução, movimento e
outras funções).
A energia resulta sempre da conversão de
um tipo em outro tipo de energia.
A fonte primária de energia nos
ecossistemas é a energia solar.
Calor (energia térmica)
Relâmpagos
(energia eléctrica)
O Sol é a fonte primária de
energia para todos os
ecossistemas

3. Produtores
Os organismos capazes de produzir a
matéria orgânica e consequentemente a
energia são designados autotróficos.
Fotoautotróficos: convertem a energia
luminosa em energia química.
Quimioautotróficos obtêm a energia
através da oxidação de compostos
inorgânicos como o H2S.
Anabaena sphaerica (à esquerda) é uma cianobactéria, sendo
um exemplo de um procarionte autotrófico
A maiora das plantas são organismos autotróficos

4. Heterotróficos
Heterotróficos são organismos que não
conseguem produzir o seu próprio alimento.
Todos os animais, fungos e algumas bactérias
são organismos heterotróficos.

5. Obtenção de energia nas células
Nas células animais a
g l i c o s é o b t i d a p e l a
alimentação e não pela
fotossíntese.
A energia não é totalmente
armazenada nas ligações
químicas uma vez que parte
dela é perdida sob a forma
de calor.
O ATP é o composto que
fornece a energia para as
r e a ç õ e s m e t a b ó l i c a s ,
incluindo a fotossíntese.
Fotossíntese
Respiração
Energia (calor)
Dióxido de carbono
Glicose*
Água
Outras
utilizações
da glicose
ADP
ATP
Oxigénio Oxigénio
Energia luminosaDióxido de carbono + água

6. Estrutura do ATP
Adenosina trifosfato (ATP) é a fonte de energia utilizada pelas células.
O ATP é classificado como um nucleotido uma vez que é composto por adenina,
ribose e três grupos fosfatos.
Ligações covalentes estabelecem a junção dos dois grupos fosfatos terminais.
Representação do
ATP (adenosina trifosfato)
Adenina
Ribose
Grupos fosfatos
A

7. Grupo
fosfato
Ribose
Adenina
Estrutura do ATP
A estrutura molecular do ATP
H H
H H
OHOH
OCH2
N
C H
C
C
NC
N
CH
NH2
N
OP
O
O-
O- OP
O
O-
OP
O
O-
Grupo
fosfato
Adenina
Ribose

8. Função do ATP nas células
O ATP pode fornecer rapidamente
energia através da hidrólise do
grupo fosfato terminal.
Esta reação é catalizada pela
enzima ATPase.
Uma vez obtida a energia o ATP,
forma ADP (adenosina
difosphato).
ADP é uma forma molecular de
baixa energia e pode aumentar
essa energia pela adição de um
grupo fosfato.
ATP
ATPase
Fosfato
inorgânico
ADP +

9. Função do ATP nas células
Na respiração celular, a glicose é
oxidada num conjunto de processos
que resultam na obtenção de
energia através da transformação do
ADP em ATP.
Neste processo, com a exceção da
glicólise, todos as outras reações
ocorrem nas mitocôndrias.
A energia libertada
através da perda de um
grupo fosfato fica
imediatamente disponível
para o metabolismo
celular.
Um grupo fosfato é
libertado a partir da
degradação do ATP.
Este grupo fosfato fica
disponível para
regenerar o ATP a
partir do ADP.
Adenosina
difosfato ADP
Forma de baixa energia que
não é capaz de fornecer
energia para a atividade
celular.
Adenosina
trifosfato (ATP)
Composto de elevada
energia capaz de fornecer a
energia necessária ao
metabolismo celular.
ATPase

10. Respiração celular
A respiração celular é uma reação catabólica,
que consiste num conjunto de transformações
complexas em que os produtos finais são mais
pobres em energia do que os reagentes (reações
exoenergéticas).
Processo através do qual os organismos
quebram moléculas ricas em energia, como a
glicose, ocorrendo nesta reação a libertação
de energia sob a forma de ATP.
A respiração aeróbia é um tipo reação
metabólica que requer oxigénio.
Há outras formas de respiração celular que
não requerem oxigénio como a fermentação,
dizem-se de anaerobiose.
Célula
animal
Citosol
Mitocôndra MET.
(14000 x)
Membrana
interna
Membrana
externa
Mitocôndria
Matriz

11. Respiração aeróbia
Citoplasma
Mitocôndria
Cadeia respiratória
Localização: cristas mitocondriais
Processo: O H2 é oxidado formando-se
água. Gera-se energia sob a forma de ATP.
Cadeia respiratória
Ciclo de
Krebs
Ciclo de Krebs
Localização: matriz
Processo: um conjunto de
reações onde há produção de
dióxido de carbono, ATP e iões
hidrogénio.
Reações intermédias
Localização: matriz
mitocondrial
Processo: formação de acetil
coenzima A a partir do
piruvato.
Reações intermédias
Glicólise
Glicólise
Localização: citoplasma
Processo: a glicose é convertida
em duas moléculas de piruvato.

12. Respiração celular
Carro Célula
Combustível
Gasolina, gasóleo,
ou gás natural
Glicose* e outros hidratos de carbono,
lipidos, proteínas
Oxidante Oxigénio Oxigénio
Localização Motos Citoplasma e mitocôndria
Produtos
formados
Dióxido de carbono e
água
Dióxido de carbono, água,
Energia (ATP)
*Glicose é o principal
composto orgânico
que é utilizado na
respiração celular
Combustível
+ oxigénioCarro
Célula
Glicose
+ oxigénio
A respiração celular pode ser comparada através da analogia com
a combustão que ocorre no motor de um automóvel.
CO2,
água, energia
cinética
Carro
CO2,
água.
energia (ATP)
Célula

13. Metabolismo da glicose
A quebra das ligações químicas da molécula de
glicose e de outros compostos orgânicos (como
as gorduras e as proteínas) em moléculas mais
simples são reações exoenergéticas.
Produz-se energia através da síntese de moléculas
de elevada energia, o ATP.
Glicólise é o processo inicial do metabolismo
da glicose nas células. Este processo ocorre no
citoplasma.
Repiração aeróbia utiliza o oxigénio captado
do meio ambiente para a conversão total dos
produtos da glicólise em dióxido de carbono.
Estas reações ocorrem:
na matriz mitocondrial (ciclo de Krebs)
Nas membranas internas da mitocôndria (cadeia
respiratória e fosforilação oxidativa)
Ciclo de
Krebs
Glicólise
Cadeia respiratória

14. Respiração celular
Matriz
mitocondrial
Cristas
ATP
Fosforilação
(substrato)
Fosforilação
(substrato)
CADEIA RESPIRATÓRIA E
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA
Membrana interna da
mitocôndria
GLICÓLISE
Citoplasma
Glicose ➙Piruvato
Transporte
de eletrões
via NADH
CICLO DE
KREBS
Matriz da
mitocôndria
Electrões
transportados pelo
NADH and FADH2
Fosforilação
oxidativa
ATPATP
Mitocôndria

15. Glicólise
Glicólise é um termo derivado do grego
que significa degradação do açúcar.
A glicólise é a primeira etapa do processo
de respiração celular. Durante este
processo a glicose é convertda em
piruvato.
O processo ocorre no citosol.
A glicólise tem três funções principais:
produção de fontes de energia celular
(ATP e NADH) nos processos
anaeróbios e nos processos aeróbios.
produção de piruvato para utilização
no ciclo do ácido cítrico.
produção de compostos intermédios
com carbono,que podem ser
utilizados pela célula para outros fins.
Linfócito (glóbulo branco). O
citosol claramente evidenciado
ao redor do núcleo bastante
largo e ocupando a zona
central.
MET: ampliação X 25 710.
Citosol
Núcleo

16. Substratos da glicólise
A glicose é a principal molécula utilizada no processo de glicólise. O glicogénio
também pode ser utilizado, mas primeiro tem de ser convertido em glicose.
Outros substratos também podem entrar no processo de glicólise em etapas mais
avançadas. Estes incluem:
gorduras, podem ser convertidas em glicerol.
prótidos (como os aminoácidos).
Glicólise
Glicerol
Glicogénio
Piruvato
Aminoácidos
Alanina
Triglicerídeo
Glicose
Lípidos
Proteínas

17. 1 x glicose (6C)
Glicólise
Durante a glicólise, uma molécula de glicose (6 carbonos) é convertida
em duas moléculas de piruvato (3 átomos de carbono).
Vários produtos intermédios são sintetizados, os quais podem ser
utilizados a qualquer instante no decurso de outros processos celulares.
2 x 3C
(Aldeído fosfoglicérico)
1 x molécula com
6C (glicose – fosfato)
Fosfato
2 x Ácido pirúvico

18. 2 x 3C
(Aldeído fosfoglicérico)
1 x glicose - fosfato
6C
1 x glicose (6C)
2 x piruvato
Glicólise
Por cada molécula de
glicose, o balanço é o
seguinte:
2 ATP (rendimento
líquido)
2 NADH + 2H+
2 moléculas de
piruvato
2 NADH + H+
Glicose
Piruvato
2 ADP + 2Pi
2 ATP
São produzidos 4 ATP,
contudo 2 ATP são
consumidos

19. Glicólise - Resumo
Resumo global do processo de glicólise
2 x moléculas com 3C
(aldeído fosfoglicérico)
1 x molécula
com 6C
1 x glicose (6C)
2 x piruvato
2 NADH + H+
Glicogénio
Glicerol
Aminoácidos
2 ADP + 2Pi
2 ATP
Lípidos
Proteínas

20. Glicólise - Resumo
Resumo global da energia resultante da degradação de uma molécula de
gliclose durante o processo de glicólise

21. Reações intermédias
São necessárias algumas reações
intermédias para ligar a glicólise ao
ciclo de Krebs.
Nestas reações, as moléculas de
piruvato produzidas na etapa final da
glicólise são convertidas em
acetilCoenzima A.
Estas reações ocorrem na matriz
da mitocôndria.
Durante esta reação o átomo de
carbono é removido integrando
depois o dióxido de carbono.
Coenzima A (CoA) capta os 2
carbonos do piruvato para formar
acetilcoenzima A (à direita).
AcetilCoenzima A
AcetilCoenzima A
NADH + H+
Piruvato
Piruvato
1C (na forma de CO2)

22. Ciclo de Krebs
O ciclo de Krebs (ou ciclo do ácido
cítrico) é a segunda etapa no
processo de respiração celular.
O ciclo de Krebs ocorre na matriz da
mitocôndria.
É na matriz mitocondrial que
o piruvato é transformado em
acetil-coenzima A.
Imagem obtida através de MET (seção
transversal) numa mitocôndria onde se
observam as invaginações da membrana
interna e a matriz (seta a negro).

23. Acetil-coenzima A
CoA
Acetil
(2 carbonos)
Oxaloacetato
(4 carbonos) Citrato
(6 carbonos)
2 carbonos
(do CO2)
Ciclo de Krebs
Acetil-coenzima A é uma molécula essencial
para que possa ocorrer o ciclo de Krebs.
A acetil-Coenzima A divide-se para fornecer os
2-carbonos (grupo acetil). Forma-se a
Coenzima A.
O composto com o grupo acetil combina-se
como o oxaloacetato (um composto com 4
carbonos) para formar citrato (um
composto com 6 carbonos).
Oxaloacetato é regenerado através de várias
etapas ocorrendo a libertação de dois átomos
de carbono libertados sob a forma de dióxido
de carbono.
Coenzima A
Citrato
Dióxido de carbono
Acetil-coenzima A
Grupo acetil

24. CoA
Acetil
(2 carbonos)
Ciclo de Krebs - balanço
São necessárias duas voltas no ciclo de
Krebs para oxidar completamente uma
molécula de glicose.
Em duas voltas deste ciclo, formam-se:
4 CO2
2 ATP
6 NADH + H+
2 FADH2
O ciclo de Krebs origina uma pequena
quantidade de energia na forma de ATP, mas
uma enorme quantidade de energia
potencial sob a forma de moléculas com
elevado poder redutor (NADH e FADH).
Esta elevado valor de energia potencial na
forma de NADH e FADH2 (atuam como
transportadores de eletrões) são utilizadas
para gerar ATP na próxima fase.
Acetil-coenzima A
Oxaloacetato
(4 carbonos) Citrato
(6 carbonos)
2 carbonos
(no CO2)
1 ATP
3 NADH 1 FADH2

25. Cadeia respiratória
A cadeia respiratória (CR) é a etapa final no
processo respiração celular.
A CR consiste numa série reações onde as
moléculas que transportam os hidrogénios e os
electrões, vão ser dissociados por enzimas
localizadas na membrana interna.
Os eletrões são transferidos ao longo de uma
cadeia transportadora e os protões libertados na
matriz.
Mitocôndria onde se vêm as
cristas (setas a branco)

26. Matriz mitocondrial
Espaço inter-membranarNADH-Q redutase
Ubiquinona
Citocromo C
redutase
Citocromo C
Citocromo C
oxidase
Membrana (crista)
Cadeia respiratória
A cadeia transportadora de eletrões consiste num conjunto de ligações, a maioria
através de proteínas integradas na membrana interna das mitocôndrias (cristas).
Estas proteínas são transportadores de eletrões e são alternamente reduzidos e
oxidados dado que aceitam e fornecem eletrões.

27. Cadeia respiratória
Os eletrões provenientes da glicólise e do ciclo de Krebs são transportados na cadeia
respiratória sob a forma de NADH e FADH2. Os iões hidrogénio ou os eletrões fornecidos
pelo NADH e FADH2 vão sendo transferidos através de cada proteína da CR.
O oxigénio é o acetor final da cadeia respiratória, ficando reduzido na forma de água.
Na CR formam-se 34 moléculas de ATP e água.
Matriz mitocondrial
Baixa concentração de H+
Espaço inter-membranar
Alta concentração de H+
2H + ½O2
(oxigénio)
H2O
(água)
H+
H+
NADH + H+ NAD+
FADH2
FAD
H+
H+ H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
e-
e-
e-
e-
H+

28. Quimioosmose
A energia resultante dos eletrões é utilizada para
realizar o transporte de iões hidrogénio (H+)
através da membrana. Deste transporte iónico
resulta o estabelecimento de um gradiente de
protões.
O conjunto de processos que envolve o
gradiente de protões e o transporte de eletrões
envolvidos na síntese de ATP é designado por
quimioosmose.
A quimioosmose ocorre no espaço inter-
membranar da mitocôndria sendo o processo
através do qual o transporte de eletrões gera a
síntese de ATP.
O espaço inter-membranar é o
local da mitocôndria onde ocorre a
quimioosmose.

29. Quimioosmose
A energia resultante da oxidação do NADH + H+ e do FADH2 (na cadeia
respiratória) é utilizada para o movimento de protões contra um gradiente de
concentração (de baixa concentração de H+ para uma alta concentração de H+).
Os protões movimentam-se desde a matriz mitocondrial para o espaço entre as
duas membranas (espaço inter-membranar)
Matriz mitocondrial
Baixa concentração de H+
Espaço Inter-membranar
Alta concentração de H+
Espaço interno da membrana interna
(bicamada fosfolipídica)
Exterior da membrana
mitochondrial
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
Proteína transportadora

30. Matriz mitocondrial
Baixa concentração de H+
Espaço Inter-membranar
Alta concentração de H+
Quimioosmose
O fluxo de protões contra um gradiente de concentração é mediado por uma enzima
chamada ATP sintase. Esta molécula utiliza a energia originada pelo fluxo de H+ para
produzir ATP.
Este fluxo de H+ para a produção de ATP está evidenciado no esquema abaixo.
ADP + Pi
ATP
H+
H+
H+
H+
NADH
+ H+ NAD+
FADH2
FAD
H+
H+
H+
H+
2H + ½O2
H2O
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+H+
e-
e-
e-
H+
H+
e-
NADH-Q
redutase
Ubiquinona
Citocroomo
C redutase
Citocromo C
oxidase
Citocromo C
ATP
sintase

31. Quimioosmose
O fluxo de protões contra um
gradiente de concentração é
m e d i a d o p o r u m a e n z i m a
chamada ATP sintase. Esta
molécula utiliza a energia
originada pelo fluxo de H+ para
produzir ATP.
Este fluxo de H+ para a produção
de ATP está evidenciado no
esquema ao lado.

32. Respiração em anaerobiose
Os organismos podem metabolizar a glicose
em anaerobiose (sem oxigénio) através da
glicólise (ocorre no citoplasma).
A fermentação é a via metabólica através da
qual a glicose pode ser degradada sem recorrer
ao oxigénio como acetor final dos eletrões.
O balanço final em termos energéticos da
fermentação é baixo, e poucos organismos
podem obter a energia suficiente para suprir as
suas necessidades.
Se não houver um acetor alternativo de
electrões na ausência de oxigénio, a glicólise
pára.
Na fermentação alcoólica o acetor de eletrões
é o etanol.
Na fermentação lática o acetor de eletrões é o
piruvato em que o produto final é o ácido lático.
AlanWheals,UniversityofBath
As leveduras (Saccharomyces cerevisiae),
são os organismos que estão na base na
produção de bebidas como a cerveja e de
produtos alimentares como pão.

33. Fermentação lática
A glicólise pode continuar na ausência de oxigénio
através da redução do piruvato a ácido lático.
Este processo é designado por fermentação
lática.
O ácido lático é tóxico e esta via não pode ocorrer
de forma contínua.
O fígado metaboliza o ácido lático num produto
intermédio menos tóxico.
A fermentação lática ocorre em todos os
músculos esqueléticos dos mamíferos.
Ácido lático
CH3CHOHCOOH
Excreção
NAD+NAD.H2
Piruvato
Fermentação lática
Tecidos animais
Músculo esquelético
Glicose
C6H12O6
2 x piruvato
CH3COCOOH
2 ADP
2 ATP
Net
NAD.H2

34. Fermentação alcoólica As leveduras realização a respiração aeróbia quando
existe oxigénio no meio. Contudo realizam a
fermentação alcoólica quando não há O2.
Organismos como as leveduras são chamados
anaeróbios facultativos.
Quando o nível de etanol se situa acima de 12-15%,
a fermentação é tóxica para as leveduras. A
fermentação alcoólica não pode por isso ser
realizada indefinidamente.
A células radiculares das plantas podem utilizar a
fermentação como via metabólica quando não existe
oxigénio no meio.
Como o etanol é tóxico, este
deve ser convertido em compostos
intermediários e ocorrer a
respiração aeróbia.
+ CO2
Resíduos
gasosos NAD+NAD.H2
Fermentação alcoólica
Leveduras, células vegetais
Etanol
CH3CH2OH
Etanal
CH3CHO
Glicose
C6H12O6
2 x piruvato
CH3COCOOH
2 ADP
2 ATP
Net
NAD.H2

35. Fermentação alcoólica
A fermentação alcoólica é realizada pelas
leveduras e alguns tipos de bactérias.
Os produtos resutantes da fermentação alcoólica
(etanol e dióxido de carbono) é a base da indústria
das bebidas alcólicas e da indústria da
panificação.
• O aumento de volume do pão durante o processo de
panificação resulta da libertação do dióxido de carbono
durante a fermetação alcóolica.
• O teor em álcool (etanol) das bebidas alcoólicas
como por exemplo a cerveja, também resulta do
processo de fermentação alcoólica.

36. Metabolismo em
anaerobiose
(facultativo)
Mecanismos facultativos em anaerobiose
ocorrem quando certos organismos ou tecidos
produzem ATP utilizando vias respiratórias em
aerobiose (quando o oxigénio está presente), e
vias em anaerobiose (quando o oxigénio está
ausente).
Como examplos de organosmos anaeróbios
facultativos pode referir-se bactérias como a
Listeria e a Salmonella, e algumas leveduras
com a Saccharomyces.
Os músculos esqueléticos dos vertebrados
podem realizar vias em anaerobios uma vez
que têm a capacidade de produzir ATP durante
um curto período de tempo na ausência de
oxigénio (por exemplo durante um sprint). Salmonella é um ser anaeróbio facultativo
CDCAthleticsNZ
Em períodos curtos, como em esforços
musculares, o músculo do ser humano
funciona em anaerobiose.

37. Anaeróbios obrigatórios
Alguns organismos apenas realizam a
respiração na ausência de oxigénio; o
oxigénio é tóxico para estes organismos.
Tais organismos são designados por
anaeróbios obrigatórios.
Em algumas bactérias patogénicas os
produtos do seu metabolismo são altamente
tóxicos e causam doenças graves como o
tétano, a gangrena (imagem à direita) e o
botulismo.
CDC
CDC
A bactéria Yesinia pestis (à esquerda),
causa a peste bubónica. A gangrena
(imagem acima) é uma das manifestações
desta doença.

38. Comparação entre via
aeróbia e via anaeróbia
Respiração
aeróbia
Via anaeróbia
Fermentação
alcoólica
Fermentação lática
Acetor de H+
Oxigénio Etanol Piruvato
Produtos CO2 + água Etanol+ CO2 Ácido lático
Tipo de
fosforilação
Ao nível do substrato
e via oxidativa
Ao nível do substrato Ao nível do substrato
Outros aspetos
A maior parte das
moléculas redutoras
são produzidas no C.
Krebs
Tóxica quando o nível
de etanol é >12-15%
O ácido lático é tóxico e
tem de ser removido