Apostila do 2ºAno - 1ºBimestre

Aula1: Processos de obtenção de energia de acordo com o ambiente

Precisamos de energia para manter a temperatura do corpo elevada, crescer, pensar, movimentar-se ou se relacionar com o ambiente. A fonte dessa energia são os alimentos que você ingere a cada dia:

- carboidratos - 1g = 4 Kcal doces e farinhas principal é energética, mas também estrutural, sua forma mais simples é a glicose (C6 H12 O6)

- lipídeos - 1g = 9 Kcal gorduras e óleos Principal função é reserva de energia, isolante térmico, estrutural e hormonal, glicerol é sua forma mais simples.

- proteínas - 1g = 4 Kcal carne, soja, leite Têm função catalítica, Hormonal. construtora e também energética, sua forma mais simples são os aminoácidos.

Equação de Harris-Benedict para saber quantas calorias deve-se consumir por dia:

Homem adulto: 66 + (13,7 x peso em quilos) + (5,0 x altura em centímetros) - (6,8 x idade em anos) 

No frio o gasto energético é maior que no calor, porque o organismo se esforça mais para manter a temperatura corporal dentro dos padrões de normalidade. 

O aproveitamento desses alimentos requer, primeiramente, a quebra e a separação de tais substâncias em partes menores para que ocorra a sua assimilação e eventual armazenamento, que se dá em órgãos como fígado (carboidratos), músculos (carboidratos) e tecido adiposo (lipídeos) e tem como objetivo utilizá-las para a obtenção de energia. Os principais substratos energéticos são lipídeos e carboidratos, que uma vez transportados às células, podem ser utilizados para gerar um composto de alta energia chamado ATP (trifosfato de adenosina).

Você pode pensar no ATP como “a moeda energética da célula”, ou seja, aquilo que contém a energia que a célula gasta para se manter viva e cumprir suas funções.

A conversão mais eficiente de alimento em ATP é a oxidação, um processo que ocorre nas organelas celulares chamadas mitocôndrias, e que requer grandes quantidades de oxigênio. Por isso precisamos obter oxigênio por meio da respiração

Aula2: Autotrofia e Heterotrofia

A variabilidade de espécies existentes na Terra decorre de um contínuo processo evolutivo. Dá-se o nome de evolução biológica ao conjunto de transformações e adaptações que ocorreram nos seres vivos ao longo dos séculos. 

A principal evidência da evolução biológica é o testemunho fóssil, uma vez que esse processo indica os tipos de seres vivos que habitaram as regiões da Terra em determinado período. Outras provas do evolucionismo são a anatomia comparada e a biologia molecular, isto é, as semelhanças bioquímicas, anatômicas e embriológicas entre as diferentes espécies.

Essa grande variedade de espécies muitas vezes se diferenciam entre si pelo modo de obtenção de energia.

- Autotrofia: é o nome dado à qualidade do ser vivo de produzir seu próprio alimento através de reações. Os seres vivos com essa característica são chamados de autótrofos ou autotróficos. 

1)Plantas, algas e bactérias fotossintetizantes: Fazem fotossíntese, que é o processo pelo qual a energia luminosa é transformada em energia química. 

2)Bactérias que oxidam compostos inorgânicos como amônia, ferro, nitrito e enxofre: Fazem quimiossíntese, utilizando energia química proveniente da oxidação de substâncias inorgânicas para produzir energia. 

- Heterotrofia: é o nome dado à qualidade do ser vivo que não possui a capacidade de produzir glicose a partir da fotossíntese ou quimiossíntese e por isso se alimenta de outros seres vivos autótrofos, direta ou indiretamente. Os seres heterótrofos ou heterotróficos necessitam de outro ser para se alimentar e sobreviver. São todos os seres que não são autotróficos. 

Aula3: Respiração celular: aeróbia x anaeróbia

É o processo de conversão das ligações químicas de moléculas ricas em energia que poderão ser usadas nos processos vitais. Ela pode ser de dois tipos, respiração anaeróbia e respiração aeróbia.

1)Respiração anaeróbia: Encontrado em alguns procariontes (bactérias), estes organismos podem ser anaeróbios obrigatórios, capazes de realizar estes processos apenas na ausência de oxigênio, ou anaeróbios facultativos, capazes de produzir energia na presença ou ausência de oxigênio.

Ela utiliza uma cadeia de transporte de elétrons, que usa como aceptor (substância que recebe) terminal de elétrons substâncias como: nitrato, sulfato, enxofre, dióxido de carbono e outras moléculas. A respiração anaeróbica produz menos energia do que a respiração aeróbia, porque estes aceptores de elétrons alternativos não são tão eficientes como o oxigênio. O ciclo de formação de energia pela respiração anaeróbica produz 4 ATP, no total. Sendo que 2 ATPs são gastos no próprio ciclo, logo há uma produção de energia final de 2 ATPs.

2)Respiração aeróbia: É utilizada principalmente por animais e vegetais, além de algumas bactérias, fungos e protozoários.

É o processo pelo qual a célula degrada compostos orgânicos (carboidratos) para obtenção de energia metabólica armazenada na molécula de ATP, com produção de compostos inorgânicos dióxido de carbono (CO2) e água (H2O). Ela utiliza uma cadeia de transporte de elétrons, que usa como aceptor terminal de elétrons o Oxigênio.

Equação geral da respiração aeróbia: 

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energia(ATP)

A respiração aeróbica pode ser dividida em três etapas que no total fornecem 38ATPs:

a)Glicólise: Ocorre no hialoplasma da célula. São utilizadas 2 moléculas de ATP para ativar o catabolismo da molécula de glicose, porém são formadas 2 moléculas de NADH, 4 ATP e 2 moléculas de piruvato. 

Portanto, o saldo energético somente da cadeia respiratória é de:

4 ATP + 2 NADH – 2 ATP → 2 ATP + 2 NADH

b)Ciclo de Krebs: Ocorre na matriz da mitocôndria. A partir dessa etapa todo o resultado deve ser dobrado (duplicado), essa consideração é conseqüente do ciclo de Krebs envolvendo cada molécula de piruvato.

Assim, são formadas 4 moléculas de NADH, 1 de FADH2 e 1 de ATP em cada ciclo.

2 x (4 NADH + 1 FADH2 + 1 ATP) → 8 NADH + 2 FADH2 + 2 ATP

c)Cadeia respiratória: Ocorre na membrana interna da mitocôndria. Etapa de conversão das moléculas de NADH e FADH2 em moléculas de ATP, quando os prótons H+ por difusão são forçados a passar pela proteína sistetase ATP (enzima transmembranar) restituindo ADP em ATP.

2 NADH da glicólise → 6 ATP

8 NADH do ciclo de Krebs → 24 ATP 

2 FADH2 do ciclo de Krebs → 4 ATP

Total: 34 ATPs

Aula4: Fermentação

É um processo anaeróbio de síntese de 2 ATPs por molécula de glicose. Feita por fungos, bactérias anaeróbicas estritas e facultativas e pelo homem na tentativa de obtenção extra de energia. É importante perceber que as reações químicas da fermentação são equivalentes às da glicólise. Na glicólise, cada molécula de glicose é desdobrada em duas moléculas de piruvato (ácido pirúvico), com liberação de hidrogênio e energia (2ATPs), por meio de várias reações químicas.

- Fermentação alcoólica: as duas moléculas de ácido pirúvico produzidas são convertidas em álcool etílico (também chamado de etanol), com a liberação de duas moléculas de CO2 e a formação de duas moléculas de ATPs. O homem utiliza os dois produtos dessa fermentação: o álcool etílico empregado há milênios na fabricação de bebidas alcoólicas (vinhos, cervejas, cachaças etc.), e o gás carbônico importante na fabricação do pão, um dos mais tradicionais alimentos da humanidade. Mais recentemente tem-se utilizado esses fungos para a produção industrial de álcool combustível.

- Fermentação Lática: Os lactobacilos (bactérias presentes no leite) executam fermentação lática, em que o produto final é o ácido lático. Para isso, eles utilizam como ponto de partida, a lactose, o açúcar do leite, que é desdobrado, por ação enzimática que ocorre fora das células bacterianas, em glicose e galactose. A seguir, os monossacarídeos entram nas células, onde ocorre a fermentação. O sabor azedo do leite fermentado se deve ao ácido lático formado e eliminado pelos lactobacilos. O abaixamento do pH causado pelo ácido lático provoca a coagulação das proteínas do leite e a formação do coalho, usado na fabricação de iogurtes e queijos.

Há também a produção de ácido lático nos músculos de uma pessoa, em ocasiões que há esforço muscular exagerado. A quantidade de oxigênio que as células musculares recebem para a respiração aeróbia é insuficiente para a liberação da energia necessária para a atividade muscular intensa. Nessas condições, ao mesmo tempo em que as células musculares continuam respirando, elas começam a fermentar uma parte da glicose, na tentativa de liberar energia extra. O ácido láctico acumula-se no interior da fibra muscular produzindo dores, cansaço e cãibras. Depois, uma parte desse ácido é conduzida pela corrente sanguínea ao fígado onde será metabolizada. 

Aula5: Fotossíntese

É o processo através do qual as plantas, seres autotróficos e alguns outros organismos clorofilados, transformam energia luminosa em energia química processando o dióxido de carbono (CO2), água (H2O) e minerais em compostos orgânicos e produzindo oxigénio gasoso (O2). 

A equação simplificada do processo é a formação de glicose (C6H12O6 ) : 

6 H2O + 6 CO2 → 6O2 + C6H12O6.

O Oxigênio produzido vem da água.

Este é um processo do anabolismo, em que a planta acumula energia a partir da luz para uso no seu metabolismo, formando adenosina tri-fosfato, o ATP, a moeda energética dos organismos vivos.

A fotossíntese possui 2 fases principais:

1º) - A fase fotoquímica, luminosa ou clara: dependente da luz solar. A luz é captada, absorvida pela clorofila e armazenada em moléculas de ATP (possível reserva energética). O objetivo desta fase é criar um campo eléctrico em torno das moléculas de água. Nesta mesma etapa, dá-se a fotólise da água (desdobramento das moléculas da água em íons de oxigénio e hidrogénio, devido à radiação). 

- A fase química ou "fase escura": tanto faz ter luz ou não. Observa-se um ciclo chamado de ciclo de Calvin, o carbono que provém do dióxido de carbono do ar (CO2) é fixado e integrado numa molécula. Desta fase resulta a formação de compostos orgânicos como a glicose, necessária à atividade da planta. 

Fatores ambientais que interferem na fotossíntese: 

- luz que banha a Terra é componente do amplo espectro de radiações eletromagnéticas provenientes do Sol, e que se propagam como ondas. Apenas uma pequena parte é visível aos nossos olhos (radiações cujos comprimentos de onda vão de 380 a 760 nanômetros). A excelente atividade fotossintética nas faixas do espectro correspondentes à luz violeta/azul (400 a 500) e à luz vermelha (700), e à pouca atividade na faixa do verde (500). Para que uma planta verde execute a fotossíntese com boa intensidade, não se deve iluminá-la com luz verde, uma vez que essa luz é quase completamente refletida pelas folhas.

- As plantas contam, naturalmente, com duas fontes principais de CO2: o gás proveniente da atmosfera, que penetra nas folhas através de pequenas aberturas chamadas estômatos, e o gás liberado na respiração celular. Sem o CO2, a intensidade da fotossíntese é nula. Aumentando-se a concentração de CO2, a intensidade do processo também se eleva, e se mantém constante, mesmo que a concentração de CO2 aumente ou diminua.

- De modo geral, a elevação de 10 °C na temperatura duplica a velocidade das reações químicas da fotossíntese. Entretanto, a partir de temperaturas próximas a 40 °C (temperatura ótima), começa a ocorrer desnaturação enzimática, e a velocidade das reações tende a diminuir.

- As células vegetais, assim como a maioria das células vivas, realizam a respiração aeróbica. A intensidade com a qual as células vegetais executam a respiração aeróbica não depende da intensidade de iluminação, diferentemente da fotossíntese.

Em relação às trocas gasosas, a respiração celular é o oposto da fotossíntese. 

Assim: 

a) sob baixa iluminação, a intensidade da fotossíntese é pequena, de tal forma que a taxa da respiração celular é superior a ela. Nessa situação, a planta absorve oxigênio e elimina gás carbônico, nas trocas que executa com o ambiente.

b) quando a intensidade luminosa determina uma taxa fotossintetizante igual à taxa da respiração celular. A quantidade de oxigênio liberado na fotossíntese é igual à quantidade desse gás absorvida na fotossíntese. Da mesma forma, o gás carbônico gerado na respiração celular é consumido na fotossíntese. Portanto, nessa intensidade luminosa, as trocas gasosas entre a planta e o ambiente são nulas. Essa intensidade de iluminação é conhecida como ponto de compensação luminosa (ou ponto de compensação fótica).

c) sob intensa iluminação, a fotossíntese predomina sobre a respiração celular. Assim, a planta elimina oxigênio e absorve gás carbônico para o ambiente. Como a produção de compostos orgânicos é superior ao consumo, nessa situação a planta pode crescer e incorporar matéria orgânica.

Aula6: Quimiossíntese

Existem bactérias que utilizam o oxigênio em seu processo metabólico, chamadas de respiradoras aeróbicas, e outras que não toleram o oxigênio, classificadas como as anaeróbicas.

Dentro dessas inúmeras possibilidades, existe um processo conhecido como quimiossíntese que, é um evento autótrofo.

A quimiossintese é realizada sem a necessidade da captação da energia luminosa, podendo então ser realizada em lugares inóspitos, como fundo de pântanos. O carbono utilizado no processo também é retirado do gás carbônico, entretanto, a energia para realização das reações de síntese provém da oxidação de compostos inorgânicos como amônia, ferro, nitrito e enxofre. 

De acordo com o composto que ela oxida são chamadas de: -SULFUROSAS: oxidam compostos de enxofre (H2S). -NITROBACTÉRIAS: oxidam compostos nitrogenados (NH3 e NO2). - METANOGÊNICAS: produzem metano (CH4) em locais com escassez de compostos de nitrogênio e enxofre. -FERROBACTÉRIAS: oxidam compostos de ferro (Fe(OH)3.

As bactérias quimiossintetizantes necessitam, para sua sobrevivência, apenas de um agente oxidante, de gás carbônico e de água, através dos quais conseguem produzir glicídios. As substâncias orgânicas produzidas serão utilizadas para a formação de novos compostos ou utilizadas no metabolismo, sendo degradadas para liberação de energia.

Ex1: bactérias Nitrossomas e Nitrobacter, que habitam o solo e desempenham o importante papel na reciclagem do nutriente nitrogênio.

Ex2: bactérias Beggiatoa e Thiobacillus, que realizam seu metabolismo através das reações de oxidação de compostos de enxofre.

Aula7: Transformações de energia no metabolismo celular:

Anabolismo x Catabolismo

Todas estas manifestações de vida requerem um abastecimento de energia.

A fotossíntese assegura um fluxo energético que tem início no Sol e continua através dos seres vivos. Os compostos orgânicos, gerados durante a fotossíntese, resultam da transformação da energia luminosa em energia química, sendo por isso considerados depósitos energéticos.

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.

O Metabolismo Celular é o conjunto de reações químicas acompanhadas de transferências de energia, essenciais à vida. Divide-se em catabolismo e anabolismo.

-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). Ex: fermentação e a respiração aeróbia.

- 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 reacções do anabolismo são endoenergéticas). Ex: captação e junção das moléculas de CO2 formando carboidratos durante a fotossíntese.

Logo O anabolismo compreende as reações metabólicas construtivas. Já o catabolismo compreende as destrutivas para alguma finalidade.