Os seres procariontes e os seres eucariontes realizam a respiração celular aeróbia, mas as fases deste processo ocorre em locais diferentes nos dois tipos de células. Apenas os seres eucariontes possuem um organito celular, com uma estrutura muito particular, a mitocôndria, que desempenha funções muito importantes na obtenção de energia por parte da célula.
-Comparar células eucarióticas com células procarióticas.
-Como obter a matéria orgânica.
-Identificar os processos da respiração aeróbia.
-Comparar rendimento energético da fermentação e da respiração aeróbia.
-identificar a capacidade de alguns seres utilizarem diferentes vias metabólicas em função do meio.
-identificar a existência de processos metabólicos utilizados no fabrico, processamento e conservação de alimentos.
A matéria possui energia acumulada nas ligações químicas estabelecidas entre os seus átomos. Se estas ligações forem quebradas, poderão libertar energia suficiente para determinadas funções celulares. As reacções envolvidas na transformação da matéria para obtenção de energia são reacções catabólicas, são aquelas em que as moléculas orgânicas complexas e com muita energia acumulada se transformam noutras mais simples e menos energéticas.
Destas reacções é libertada energia – reacções exergónicas – que é transferida para moléculas de ADP, que se converterão em ATP, através da absorção de energia – Reacções endergónicas.
Todas estas reacções são catalizadas por enzimas (moléculas proteicas com capacidade de acelerar a reacção), que actuam sobre moléculas os substratos dando origem a novas moléculas, produtos finais. Estas reacções ocorrem em cadeia, não são únicas nem isoladas, o resultado de uma reacção é o substrato da reacção seguinte, estando integradas em vias metabólicas, até bastante longas e complexas, que permitem uma libertação da energia gradual e com um melhor aproveitamento desta.
Diferentes vias metabólicas
Às células chegam sempre os nutrientes, mas o oxigénio do meio pode chegar ou não. Existem seres capazes de sobreviver na ausência de oxigénio, mas não sobrevivem sem a energia de que necessitam para as suas células. São as reacções catabólicas que permitem a cedência de energia contida nas moléculas orgânicas para a síntese de ATP, e podem ocorrer na presença de oxigénio, em aerobiose, ou na sua ausência, em anaerobiose.
Quando a degradação da matéria orgânica não utiliza oxigénio e o produto final é uma molécula orgânica, o fenómeno designa-se fermentação, quando é utilizado oxigénio nas células durante a oxidação dos compostos orgânicos, trata-se de respiração aeróbia.
Figura 2 - Montagem experimental.
A figura 2 representa uma montagem experimental, que teve como objectivo pesquisar o comportamento das leveduras (fungos unicelulares) em condições de aerobiose e de anaerobiose. No dispositivo A existe um cheiro a álcool e houve um aumento do número de leveduras, no dispositivo B não existe cheiro característico, e o número de leveduras foi muito superior a A. No dispositivo B houve um maior gasto de energia, daí o número de leveduras ter crescido mais que no dispositivo A, e não houve formação de um subproduto, o álcool.
Glicólise
Em todos os fenómenos de degradação da glucose, a primeira etapa é sempre a glicólise, que se inicia com a molécula da glucose e termina com o ácido pirúvico ou piruvato. A glicólise ocorre no citoplasma, local da célula onde existem as enzimas necessárias para a realização deste processo catabólico. Durante esta etapa a glucose é activada pela energia fornecida por moléculas de ATP, que transforma em ácido pirúvico e produz duas moléculas de ATP por cada piruvato. Esta etapa é comum à respiração aeróbia e à fermentação. Na ausência de oxigénio, o ácido pirúvico sofre redução por acção da molécula de NADH formada na glicólise. Os produtos finais destas reacções químicas podem variar consoante o organismo onde decorre o processo. Em termos energéticos, o saldo é o obtido através da glicólise, por cada molécula de glucose que sofre degradação por acção da fermentação, o saldo final de energia são 2 ATP.
Respiração aeróbia
Muitos seres conseguem aproveitar melhor a energia da glucose, degradando de um modo mais eficiente o ácido pirúvico formado no final da glicólise. Possuindo como aceitador final de electrões o oxigénio, estes seres vivos dão um destino diferente ao ácido pirúvico, obtendo como produtos finais água e dióxido de carbono, compostos pouco energéticos. A respiração aeróbia engloba um maior numero de reacções do que a fermentação e produtos finais diferentes e menos energéticos.
Figura 3- Corte da mitocôndria.
Nas células eucarióticas, sempre que existe oxigénio para a realização da respiração aeróbia, o ácido pirúvico entra na mitocôndria (figura 3), e é oxidado na matriz. Quando chega à matriz mitocondrial, o ácido pirúvico dá origem a acetil-CoA. Esta molécula que é convertida em ácido cítrico, vai participar num conjunto de reacções que termina com a formação do ácido oxaloacético. Este composto inicia sempre o processo e é sempre regenerado no final. Este conjunto de reacções é conhecido por ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico. Durante o ciclo de Krebs formam-se mais algumas moléculas de NADH, FADH2, ATP e dióxido de carbono, que é libertado pela célula.
Respiração .
Figura 4- Ciclo de Hrebs e cadeia respiratória.
Estas reacções libertam energia sob a forma de ATP, que pode ser posteriormente utilizado pela célula. À medida que as diversas moléculas intervenientes nestas reacções vão fornecendo electrões e protões para reduzir o NAD+ a FAHD, vão libertando energia, e tornando-se cada vez menos energéticos.
A membrana da mitocôndria tem na sua constituição proteínas que possuem funções de transporte de moléculas. Na membrana interna da mitocôndria existem proteínas que transferem os electrões do NAHD, formados ao longo de todas as fases, de umas para as outras até um aceitador final – o oxigénio – que ao recebe-los, capta também protões existentes na matriz mitocondrial e forma água. O fluxo de electrões gerado ao longo dessa cadeia de moléculas transportadoras de electrões presentes na membrana interna da mitocôndria – cadeia respiratória – gera energia, que será utilizada para a síntese de ATP a partir de ADP e Pi.
Conclusão
O balanço energético da respiração aeróbia são 30 ou 32 ATP por molécula de glucose, corresponde a 34% da energia da molécula de glucose, a restante energia é dissipada sob a forma de calor. Através da fermentação apenas 2,5% da energia contida numa molécula de glucose é conservada sob a forma de ATP, que corresponde a 2ATP, é um processo que rende pouca energia, a restante energia continua nos produtos finais, ainda muito energéticos.
Processos metabólicos
O homem utiliza, desde há muito tempo, alguns microorganismos para a realização de algumas tarefas de que necessita, a produção de alimentos, através da fermentação, sem ter noção dos processos que se desenrolavam.
O homem utiliza a fermentação alcoólica para produzir pão, vinho, cerveja, utiliza a fermentação láctica para produzir os iogurtes, e ainda a fermentação acética para fazer o vinagre.
As células musculares humanas também recorrem à fermentação láctica com alguma frequência, quando o oxigénio que chega às células não é suficiente para a degradação da glucose, iniciam o processo de fermentação láctica, mesmo pouco energético serve para obter energia, o problema são as cãibras que podem ocorrer.
Bibliografia
Carrajola, C; Castro, M, J; Hilário, T.- Planeta com vida, biologia. Santilhana, Carnaxide, 2007
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