FUNRIO – SESDEC/RJ 2008 – Questão 35

35. Em condições de atividade exaustiva ou de anaerobiose as vias alternativas para as células obterem energia é o metabolismo do(as):

A) ácido lático e do ácido pirúvico.

B) ácido lático e do glicogênio

C) gorduras e do ácido pirúvico.

D) gorduras e da fosfocreatina.

E) glicogênio e da fosfocreatina

Nó no cérebro

Essa questão contém um erro. O enunciado cita a anaerobiose, que é um processo de produção de energia onde não há a participação do oxigênio.

Como você poderá ler abaixo, anaerobiose é a respiração celular de micro-organismos como a bactéria, e nos seres humanos a forma de produção de energia por anaerobiose é a fermentação láctica. A banca aponta como alternativa correta a “E”, mas no entanto o glicogênio não participa da fermentação láctica. A fosfocreatina também não!

Em caso de exercício físico intenso, as células musculares humanas, por não receberem oxigênio em quantidade suficiente, podem realizar fermentação láctica, além da respiração aeróbia. Desta forma, conseguem sintetizar uma quantidade suplementar de moléculas de ATP.

No processo da respiração celular, as células musculares originam moléculas de ATP, a partir da oxidação da glicose. Durante o repouso, pequena quantidade desse ATP é consumida, sendo a maior parte armazenada na forma de fosfocreatina, originárias da junção da creatina com um grupamento fosfato rico em energia, proveniente da molécula do ATP.

ATP + creatina ==> ADP + fosfocreatina

Durante os períodos de repouso do músculo, ocorre armazenamento de fosfocreatina no citoplasma das células musculares. Na contração, a célula muscular consome essa fosfocreatina acumulada nos períodos de repouso.

fosfocreatina + ADP ==> creatina + ATP

ATP ==> ADP + fosfato + energia (contração)

Quando o trabalho muscular é muito intenso, e apenas a respiração celular aeróbica não é suficiente para suprir todo o ATP consumido na contração, as células musculares passam a executar, além da respiração aeróbica, a fermentação láctica. Embora bem menos rentável que o outro processo, a fermentação permite que mais ATP seja produzido, sem demanda extra de oxigênio.

AEROBIOSE

A respiração celular aeróbica tem como objetivo principal produzir energia a partir da decomposição de glicídios, gorduras e aminoácidos, utilizando para tal, o oxigênio.

A respiração aeróbica envolve a glicólise e o ciclo do ácido tricarboxílico (ciclo de Krebs). O piruvato é completamente degradado a dióxido de carbono (CO2) e, nesse processo, o NAD é convertido a NADH + H+. Desta forma, na fermentação aeróbica, o NADH é gerado a partir de duas rotas: a glicólise e o ciclo de Krebs, para gerar ATP na cadeia de transporte de elétrons. A fosforilação oxidativa converte o excesso de NADH + H+ à NAD+ e, no processo, produz moléculas de ATP como forma de energia a ser armazenada.

Vídeos para tirar a limpo esse assunto complicado, explicação do prof. Jubilut.Vale a pena dedicar uma hora para se entender o assunto por completo

Para quem gosta de estudar, deixo abaixo um texto que revisei e adaptei e que é bem longo. Em textos longos assim, o ideal é estudar com papel e caneta na mão. Sim! A cada termo desconhecido, ou a cada sequência de acontecimentos compreendido, pare, anote palavras-chave e prossiga. Não se intimide com Hidrogênio, Oxigênio, Piruvato, ATP, Krebs, mitocôndria e outras palavrinhas. Lembre-se que elas estão dentro de você e seu corpo faz isso o tempo inteiro, então seu cérebro é perfeitamente capaz de compreender o que ocorre.

Respiração Celular

Todas as células necessitam de energia para a realização das suas atividades. Assim, os compostos orgânicos são degradados de forma a libertarem energia, formando ATP. Uma parte desses compostos orgânicos é utilizada pelas células dos seres autotróficos que os produzem, sendo outra parte utilizada pelos seres heterotróficos, incapazes de gerar o seu próprio alimento, como os seres humanos e demais animais vertebrados.

METABOLISMO CELULAR

As células de todos os seres vivos realizam um conjunto de reações químicas acompanhadas de transferências de energia, essenciais à vida. Ao conjunto dessas reações chama-se metabolismo celular.

As reações metabólicas em que os compostos orgânicos são degradados em moléculas mais simples, ocorrendo libertação de energia, designam-se reações catabólicas e o seu conjunto por catabolismo (de modo global, as reações de catabolismo são exoenergéticas).

As reações metabólicas em que ocorre formação de moléculas complexas a partir de moléculas mais simples designam-se reações anabólicas e o seu conjunto por anabolismo (globalmente, as reações do anabolismo são endoenergéticas).

A ocorrência de reações endoenergéticas de anabolismo é possível devido a transferências de energia que se verificam quando se dá a hidrólise de moléculas de ATP.

Uma célula é capaz de oxidar variadas moléculas orgânicas, transferindo energia dessas moléculas para moléculas de ATP. No entanto, a glicose é o composto orgânico mais genericamente utilizado como fonte de energia química.

A energia libertada pela degradação dos compostos orgânicos realiza-se por etapas. Se a energia fosse libertada de uma só vez, provocaria um elevado aumento de temperatura, o que poderia por em risco a vida. Assim, as células obtêm energia através de uma série de reações em cadeia, nas quais as substâncias orgânicas vão sendo lentamente degradadas, libertando-se a energia em várias etapas. Esta energia não pode ser utilizada diretamente nas atividades celulares, sendo, por isso, acumulada em compostos intermédios como o ATP (Adenosina Trifosfato). O ATP é, de fato, o composto energético intermédio mais comum nas células, sendo considerado o transportador universal de energia, a nível celular.

Existem diversas vias catabólicas capazes de transferir a energia contida nos compostos orgânicos para moléculas de ATP. De entre essas vias, destacam-se a fermentação e a respiração aeróbia. Em ambos os processos, os compostos orgânicos são oxidados por remoção de hidrogénio.

Nesta reação, intervêm compostos (coenzimas) que transportam os prótons (H+)  e elétrons (e-) do hidrogênio, desde o substrato até um aceptor final. Se o aceptor final de elétrons for uma molécula inorgânica, o conjunto destas reações designa-se fermentação. Se esse aceptor for o oxigénio (O2

Uma experiência realizada por Pasteur no século XIX, permitiu-lhe verificar que as leveduras tanto podem obter energia na presença como na ausência de oxigénio.

As leveduras são fungos unicelulares que se multiplicam rapidamente em condições favoráveis. A degradação da glicose permite-lhes obter energia, que é utilizada para as diversas atividades das leveduras, incluindo a sua multiplicação. Contudo, alguma dessa energia dissipa-se, sob a forma de calor, conduzindo a uma elevação da temperatura.

Constata-se que, partindo da mesma quantidade de glicose, se liberta mais energia na presença de oxigênio (condições aeróbias) do que quando se desenvolvem na ausência deste gás (condições anaeróbias).

O fato das leveduras obterem maior quantidade de energia em condições aeróbias permite-lhes uma multiplicação mais intensa nestas condições. Esta diferença deve-se à forma como as leveduras degradam a glicose na presença e na ausência de O2.

Em condições de anaerobiose a degradação da glicose é incompleta, formando-se álcool etílico e dióxido de carbono ou ácido láctico (que ainda contêm bastante energia química potencial, não sendo aproveitada pelas leveduras). Este processo catabólico designa-se fermentação.

Em condições de aerobiose a degradação da glicose é completa, formando-se compostos simples, água e dióxido de carbono (pobres em energia). Este processo catabólico designa-se respiração aeróbia.

A fermentação e a respiração aeróbia são duas vias possíveis de degradação dos compostos orgânicos vias catabólicas que permitem às células retirar energia química desses compostos.

Os seres vivos mais primitivos, como algumas bactérias, utilizam a fermentação como único processo de obtenção de energia, sendo por isso designadas anaeróbios obrigatórios.

Outros seres vivos, como as leveduras ou as células musculares de diversos animais (incluindo o Homem) têm a capacidade de retirar maior quantidade de energia a partir dos compostos orgânicos, utilizando o oxigénio neste processo catabólico. Contudo, na ausência deste gás, estes seres podem usar a fermentação como via energética alternativa, sendo por isso designados anaeróbios facultativos.

Existem etapas comuns à fermentação e à respiração aeróbia e outras que são diferentes.

FERMENTAÇÃO

Muitos organismos, particularmente microrganismos que vivem em meios onde o oxigénio está quase ou completamente ausente, obtêm energia por processos anaeróbios, sendo a fermentação uma via catabólica que ocorre nestas condições.

Existem diversos tipos de fermentação. Consideremos apenas a fermentação alcoólica, que pode ocorrer nas leveduras, e a fermentação láctica, efetuada, por exemplo, por bacilos lácticos.

A fermentação é um processo simples e mais primitivo de obtenção de energia. Ocorre no hialoplasma das células e compreende duas etapas:

– Glicólise, conjunto de reações que degradam a glicose até piruvato;

– Redução do piruvato, conjunto de reações que conduzem à formação dos produtos da fermentação.

GLICÓLISE: ETAPA COMUM À FERMENTAÇÃO E À RESPIRAÇÃO AERÓBIA

A molécula de glicose é quimicamente inerte. Assim, para que a sua degradação se inicie, é necessário que esta seja ativada através da energia fornecida pelo ATP.

Segue-se um conjunto de reações que levam à degradação da glicose até ácido pirúvico, com formação de ATP e NADH.

A glicólise compreende: Uma fase de ativação durante a qual é fornecida energia à glicose para que esta se torne quimicamente activa e dê início ao processo de degradação. Assim:

– A glicose é fosforilada por 2 ATP, formando-se frutose-difosfato;

– A frutose-difosfato se desdobra em duas moléculas de aldeído fosfoglicérico (PGAL).

Segue-se uma fase de rendimento durante a qual, a oxidação dos compostos orgânicos permite libertar energia que é utilizada para formar ATP. Assim:

– O PGAL é oxidado, perdendo 2 hidrogênios (2e- + 2H+), os quais são utilizados para reduzir a molécula de NAD+, formando-se NADH + H+;

– Formam-se 4 moléculas de ATP;

– Após estas reações, forma-se ácido pirúvico (ou piruvato), uma molécula que contém, ainda, uma elevada quantidade de energia química.

No final da glicólise, restam:

– 2 moléculas de NADH;

– 2 moléculas de ácido pirúvico;

– 2 moléculas de ATP (formam-se 4, mas 2 são gastas na activação da glicose).

O rendimento energético da glicólise é muito pequeno comparado com a energia total da glicose.

Duas moléculas de ATP correspondem apenas a cerca de 14 kcal/mole, enquanto que se a glicose em laboratório for completamente oxidada formando H2O e CO2, liberta, sob a forma de calor, 686 kcal/mole.

Assim, as moléculas de ATP formadas diretamente na glicólise representam apenas cerca de 2% da energia total da glicose. São as duas moléculas de NADH, e especialmente as duas moléculas de ácido pirúvico, que contêm a maior parte da energia química inicialmente proveniente na glicose.

O aproveitamento da energia contida no ácido pirúvico depende da organização estrutural das células e da existência ou não de oxigénio no meio.

A redução do ácido pirúvico (piruvato), em condições de anaerobiose, faz-se pela ação do NADH, formado durante a glicólise, e pode conduzir à formação de diferentes produtos. Assim, existem vários tipos de fermentação, cujas designações indicam o produto final: fermentação alcoólica (álcool etílico), fermentação láctica (ácido láctico), fermentação acética (ácido acético) e fermentação butírica (ácido butírico).

Dada a sua relevância econômica e frequência de ocorrência, destacaremos a fermentação alcoólica e a fermentação láctica.

Fermentação alcoólica

Os produtos finais da fermentação alcoólica e da fermentação láctica diferem em função das reações que ocorrem a partir do ácido pirúvico.

Na fermentação alcoólica, o ácido pirúvico, resultante da glicólise, composto com 3 C, experimenta uma descarboxilação, libertando-se CO2 e originando um composto com 2 C, aldeído acético, o qual, por redução origina etanol (álcool etílico) composto com 2 C. Essa redução é devida a uma transferência de hidrogênios do NADH formado durante a glicólise, o qual fica então na sua forma oxidada, o NAD+, podendo ser de novo reduzido.

O rendimento energético da fermentação alcoólica é de 2ATP formados durante a glicólise. Grande parte da energia da glicose permanece no etanol, um composto orgânico altamente energético.

A fermentação alcoólica é realizada por diversas células, sendo aplicada na indústria de produção do álcool. As leveduras do género Saccaromyces são utilizadas na produção de vinho, de cerveja e de pão. No caso do vinho e da cerveja, interessa, sobretudo, o álcool resultante da fermentação. No caso da indústria de panificação, é o dióxido de carbono que interessa. As bolhas deste gás contribuem para levedar a massa, tornando o pão leve e macio.

Fermentação láctica

Na fermentação láctica, o ácido pirúvico experimenta uma redução ao combinar-se com o hidrogénio transportado pelo NADH que se forma durante a glicólise. Origina-se, assim, ácido láctico composto com 3 C, tendo sido reciclado o NAD+, livre, então, para outras reacções de oxirredução.

O rendimento energético na fermentação láctica é também de 2 ATP sintetizados durante a glicólise. Tal como o etanol, o ácido láctico é uma molécula rica em energia.

A fermentação láctica é efetuada por diversos organismos, alguns dos quais são utilizados na indústria alimentar, nomeadamente, no setor dos lacticínios. O ácido lático altera o PH do meio, sendo por isso responsável pela coagulação das proteínas processo fundamental para a fabricação de derivados do leite, como o iogurte.

Em caso de exercício físico intenso, as células musculares humanas, por não receberem oxigênio em quantidade suficiente, podem realizar fermentação láctica, além da respiração aeróbia. Desta forma, conseguem sintetizar uma quantidade suplementar de moléculas de ATP.

A acumulação de ácido láctico nos músculos é responsável pelas dores musculares que surgem durante estes períodos de intenso exercício. O ácido láctico, assim formado, é rapidamente metabolizado no fígado, sob pena de se tornar altamente tóxico para o nosso organismo.

APLICAÇÕES PRÁTICAS DO PROCESSO DE FERMENTAÇÃO

RESPIRAÇÃO AERÓBIA

À medida que as células evoluíram, as suas necessidades energéticas foram aumentando. Nas células eucarióticas surgiram organelos especializados

mitocôndrias capazes de realizar a oxidação completa do ácido pirúvico obtido na glicólise, originando compostos muito simples (água e dióxido de carbono). Este processo só ocorre na presença de oxigénio, sendo, por isso, designado por respiração aeróbia.

Tal como o núcleo, as mitocôndrias são estruturas que se encontram separadas do citoplasma por uma dupla membrana.

São estruturas essencialmente membranares, estando delimitadas por duas membranas: a membrana externa e a membrana interna, com um espaço intermembranar.

A membrana externa é lisa e permeável à maior parte das moléculas orgânicas, enquanto a interna é pregueada e constitui uma barreira impermeável à maioria dos solutos.

A estrutura interna destes organitos encontra-se organizada de acordo com a sua função.

Assim, no interior da mitocôndria

responsável pela respiração celular existe um gel viscoso, a matriz, onde se encontram moléculas de ATP, ADP, DNA, RNA, partículas ribossômicas e numerosas enzimas que catalisam as reações do ciclo de Krebs.

A membrana interna apresenta numerosas invaginações designadas por cristas, na superfície das quais foram encontradas moléculas de ATP ases, que catalisam a síntese de ATP.

Um grande número de seres vivos é capaz de aproveitar, com certa eficácia, a energia do ácido pirúvico. Este composto, em presença do oxigénio livre, entra numa sequência de reações enzimáticas que permitem a sua completa oxidação, originando-se compostos muito simples, CO2 e H2O.

Note-se que a fermentação só permite obter cerca de 5% da energia que pode ser retirada, por oxidação completa, de uma molécula de glicose.

As células dos tecidos animais e vegetais consomem oxigênio e libertam dióxido de carbono. Esta troca de gases resulta do processo catabólico que conduz à oxidação dos compostos orgânicos, com vista à obtenção de energia.

Pode-se considerar a existência de quatro etapas na respiração aeróbia (Glicólise, Formação de Acetil-CoA, Ciclo de Krebs, e Cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa.

1. A glicólise é uma etapa comum à fermentação e à respiração aeróbia. Esta primeira etapa da respiração ocorre no hialoplasma e conduz à formação de 4 moléculas de ATP, 2 moléculas de NADH + H+ e 2 moléculas de ácido pirúvico.

2. Formação de acetil-coenzima A (acetil-CoA): cada molécula de ácido pirúvico ainda possui uma quantidade muito significativa de energia. Na presença do oxigénio, cada molécula de ácido pirúvico entra na mitocôndria e, ao nível da matriz, é convertida em acetil-CoA. Neste processo ocorrem os seguintes fenómenos:

O CO2 é removido da molécula de ácido pirúvico, isto é, ocorre uma descarboxilação, formando-se uma molécula com somente dois átomos de carbono; cada uma destas moléculas de dois carbonos sofre uma oxidação formando-se NADH; no final forma-se a molécula de acetil-CoA.

3. O ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico é um conjunto de reações metabólicas que conduz à oxidação completa da glicose. Este conjunto de reações ocorre na matriz da mitocôndria e é mediado por um conjunto de enzimas.

O ciclo de Krebs inicia-se com a combinação do grupo acetil (2 C) da acetil-coenzima A com o ácido oxaloacético (4 C), formando-se ácido cítrico (6 C). Segue-se um conjunto de reações, podendo destacar-se (para cada molécula de acetil-coenzima A que entra no ciclo):

– Quatro reações de oxidação redução. São removidos 8 hidrogénios: 6 vão reduzir 3 moléculas de NAD+, formando-se 3 moléculas de NADH; e 2 são utilizados para reduzir outro transportador de hidrogénios

o FAD (Dinucleótido de Adenina Flavina) originando FADH2;

– Duas descarboxilações, que conduzem à libertação de 2 moléculas de CO2. Note-se que estes 2 carbonos removidos foram introduzidos no ciclo pelo grupo acetil da acetil-CoA;

– Uma fosforilação, que conduz à formação de 1 molécula de ATP.

Cada molécula de glicose conduz à formação de 2 moléculas de ácido pirúvico, as quais originam 2 moléculas de acetil-CoA, que iniciam dois ciclos de Krebs.

Assim, por cada molécula de glicose degradada, forma-se no ciclo de Krebs:

– 6 NADH + 6 H+

– 2 FADH2

– 2 ATP

– 4 CO2

4. Cadeia respiratória ou cadeia transportadora de elétrons:

As moléculas de NADH e FADH2, formadas durante as etapas anteriores da respiração, transportam elétrons que vão, agora, percorrer uma série de proteínas, até serem captadas por um aceptor final

o oxigênio.

Estas proteínas aceptoras de elétrons constituem a cadeia transportadora de elétrons ou cadeia respiratória e encontram-se ordenadas na membrana interna das mitocôndrias, de acordo com a sua afinidade para os elétrons.

Os elétrons transportados pelo NADH e pelo FADH2 são cedidos aos aceptores, iniciando um fluxo, ao longo do qual estas moléculas vão sendo sucessivamente reduzidas e oxidadas. Este fluxo é condicionado pela disposição das moléculas transportadoras de elétrons. Cada transportador tem maior afinidade para os elétrons do que o transportador anterior, garantindo-se desta forma um fluxo unidirecional até ao aceptor final o oxigênio.

O oxigênio, depois de receber os elétrons, capta os prótons (H+) presentes na matriz da mitocôndria, formando-se água (H2O).

À medida que os elétrons passam de transportador em transportador, liberta-se energia.

À semelhança do que acontece nos cloroplastos, a membrana interna das mitocôndrias possui enzimas ATP sintetazes que utilizam a energia do fluxo de H+, que as atravessam (a favor do gradiente de concentração) para fosforilar o ADP, formando ATP.

Este processo de produção de ATP está associado a fenômenos de oxidação-redução, pelo que é, normalmente, designado por fosforilação oxidativa.

Assim, por cada molécula de NADH, que transfere os seus elétrons para a cadeia respiratória, formam-se três moléculas de ATP, enquanto que por cada molécula de FADH2 que doa os seus elétrons, se geram somente, duas moléculas de ATP.

RENDIMENTO ENERGÉTICO DA FERMENTAÇÃO E DA RESPIRAÇÃO

O ATP é produzido no hialoplasma de todas as células durante o processo glicolítico, comum à fermentação e à respiração aeróbias. É também produzido ao nível das mitocôndrias, por via aeróbia, em reações do ciclo de Krebs, na matriz, e ainda devido ao transporte de elétrons ao nível das cadeias respiratórias, situadas na membrana interna.

Os produtos finais da respiração, CO2 e H2O, são moléculas simples com pouca energia potencial, ao contrário do etanol, produto final da fermentação alcoólica, que é um composto de elevada energia potencial.

Durante a fermentação sintetizam-se quatro moléculas de ATP na fase glicolítica, mas, como são utilizadas duas moléculas de ATP na ativação da glicose, o rendimento é de duas moléculas de ATP.

Na respiração aeróbia, para além das duas moléculas de ATP, como rendimento da glicólise, sintetizam-se mais 36 ou 34 moléculas, devido aos processos que ocorrem após a formação do ácido pirúvico. No total produzem-se moléculas de ATP.

Sabendo que na síntese de uma molécula de ATP se transferem cerca de 7 kcal, as células, na fermentação, aproveitam cerca de 14 kcal da energia potencial da glicose, sendo o rendimento energético de cerca de 2%. Da energia restante, uma parte fica retida nos produtos finais e outra é libertada sob a forma de calor.

Na respiração aeróbia a eficácia do processo é muito superior. Assim, 38 ATP ´ 7 kcal = 266 kcal. O rendimento energético é de cerca de 40%.

Os cálculos anteriores suscitam alguma controvérsia. Essa controvérsia relaciona-se com o NADH formado na glicólise. Esse NADH, originado fora da mitocôndria, é incapaz de transpor a membrana mitocondrial, transferindo os seus elétrons através da membrana. O processo de transferência dos elétrons pode variar, o que vai afetar a quantidade de moléculas de ATP que se formam na cadeia transportadora. Assim, poderão constituir-se dois ou três ATP. Se se formarem apenas dois ATP, o saldo final, dado que se trata de duas moléculas de NADH nessas condições, será de 36 ATP e não 38 ATP.

Alternativa assinalada no gabarito da banca organizadora: E

Alternativa que indico após analisar: Nenhuma

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