Transformação e utilização de energia pelos seres vivos 

 

Metabolismo celular - conjunto das reações químicas todas que ocorrem na célula. É constituído por dois grandes grupos:
   - Anabolismo: reações que necessitam de energia (endoenergéticas);
   - Catabolismo: reações que libertam energia energia (exoenergéticas). Podem-se dar em presença de oxigénio - aerobiose - ou na sua ausência - anaerobiose. Dois exemplos deste tipo de reações são:

                         A fermentação - a matéria obtida por alguns dos organismos uni e multicelulares é utilizada em processos químicos na ausência do oxigénio, cujo balanço energético é positivo. Essa energia fica disponível na forma de ATP.

                         A respiração aeróbia - organismos com capacidade metabólica para utilizar o oxigénio como elemento oxidante, obtêm um alto rendimento energético que se traduz numa maior disponibilidade de ATP.

Glicólise:

A molécula de glicose, é uma molécula estável, para que se inicie o processo de glicólise é necessário energia fornecida pelo ATP. 
A molécula de glicose é composta por 6 átomos de Carbono e vai ser desdobrada, com a ajuda das enzimas e 2 moléculas ATP, em 2 moléculas com três átomos de carbono, cada uma.

Após uma série de reações formam-se, no final, duas moléculas de PIRUVATO, duas moléculas de NADH e 4 moléculas de ATP. O rendimento energético neste processo é de duas moléculas ATP (gastaram-se 2, formaram-se 4, restaram 2). 
Esta energia, na formação de moléculas ATP vem da sequências de reações que ocorrem na degradação das substâncias. Estas reações são reações de oxidação-redução. Ao dar-se inicio à degradação a molécula oxida, perde eletrões, liberta energia e os eletrões são cedidos a outra molécula que fica reduzida.  

Este é um processo comum à fermentação e à respiração aeróbia.

 Fermentação
A fermentação é um processo que ocorre no citoplasma da células (local onde existem as enzimas que intervém neste processo), cujo objetivo é a obtenção de energia. Consiste na degradação da molécula de glicose, como matéria inicial e numa sequência de reações que se agrupam em duas etapas. 

•             Primeira: dá-se a degradação da molécula de glicose por GLICÓLISE que se transforma em ÁCIDO PIRÚVICO ou PIRUVATO; 

•             Segunda: O piruvato é reduzido e é transformado em num outro produto, como álcool etílico ou etanol (fermentação alcoólica), ácido lático (fermentação lática) e ácido acético (fermentação acética). 

Durante a glicólise a NAD (+) converte-se em NADH + H(+)e esta transporta eletrões e protões que vão ser utilizados nesta segunda fase para reduzir o Piruvato. 
O produto final desta redução vai depender do ser onde ocorre a fermentação.

 

Há seres em que a redução do piruvato leva à libertação de dióxido de carbono (descarboxilação), como por exemplo no fermento de padeiro (levedura), dá-se a descarboxilação, fermentação alcoólica) em que o produto resultante é o álcool etílico.

Noutros seres não há esta descarboxilação, como por exemplo nas bactérias do iogurte e nas células musculares do Homem, trata-se da fermentação láctica e o produto é o ácido láctico. 

Existe ainda a fermentação acética cujo produto é o àcido acético.

 

As células musculares dos Homens utilizam com frequência a fermentação láctica que ocorre ao mesmo tempo que a respiração aeróbica. Isto acontece quando o oxigénio não é suficiente para degradar a molécula de glicose. Forma-se o ácido láctico para auxiliar a célula na obtenção de energia, embora este tipo de obtenção de energia não seja de grande rendimento, como vamos verificar na respiração aeróbica. O excesso de ácido láctico origina as caibras.
A fermentação é utilizada pelo Homem no fabrico do pão, no iogurte, na cerveja, no vinho, no vinagre, entre outros, utilizando leveduras, bactérias anaeróbias e fungos.
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Respiração aeróbia

A respiração aeróbia ocorre numa primeira fase a glicólise, no citoplasma da célula (citosol ou hialoplasma) e numa segunda fase dentro das mitocôndrias. Ocorrem, então, uma série de reações oxidação-redução em que aceptor final de eletrões é o oxigénio e os produtos finais são a água e o dióxido de carbono. 
Repara, na fermentação os produtos finais ainda eram ricos em energia, o que significa que o saldo final da degradação da molécula de glicose é muito maior na respiração aeróbia, pois a degradação da glicose originou dois produtos pobres em energia (CO2 e H2O). 
Basicamente, a mitocôndria recebe o piruvato, vindo da glicose e o oxigénio oxida numa série de reações em cadeia os compostos orgânicos, libertando energia transferida para moléculas ATP, formando-se água e dióxido de carbono. Esta energia será utilizada para a síntese de substâncias, divisão celular, transporte ativo, locomoção, etc.. 

 

A respiração aeróbica faz-se em 4 fases: 

1ª etapa - GLICÓLISE 
 Dá-se a degradação da molécula de glicose por GLICÓLISE que se transforma em ÁCIDO PIRÚVICO ou PIRUVATO, este processo ocorre no citosol da célula.  

2ª etapa - Formação de ACETIL-COENZIMA A 
O piruvato entra na mitocôndria e na presença de oxigénio perde uma molécula de dióxido de carbono ( é descarboxilado) e perde um hidrogénio que serve para reduzir o NAD (+) para formar o NADH + H (+) (é oxidado). 
PIRUVATO é descarboxilado e oxidado e formam-se duas ACETIL-COENZIMA A.

3ª etapa - CICLO DE KREBS 
No ciclo de Krebs dá-se na matriz da mitocôndria e é uma série de reações em que se dá oxidação completa da glicose, através de enzimas. Como se formam duas moléculas de acetil-coenzima A, dá-se dois ciclos de Krebs ao mesmo tempo. 
O grupos Acetil da coenzima A combina-se com o ácido oxaloacético e forma o ácido cítrico. 
Por cada molécula de glicose degradada forma-se no ciclo de Krebs: 6 moléculas de NADH, 2 moléculas de FADH2(função semelhante ao NADH), 2 moléculas de ATP e 4 moléculas de CO2. 

 

4ª etapa - Cadeia transportadora de eletrões e fosforilação oxidativa 
As moléculas transportadoras de eletrões, o NADH e o FADH2 vão percorrer uma cadeia transportadora de eletrões até chegarem ao oxigénio que é o aceptor final. Esta cadeia transportadora, ou cadeia respiratória é constituída por proteínas existentes na membrana interna da mitocôndria e as moléculas NADH e FADH2 ao passarem pela cadeia vão sendo reduzidas e oxidadas até chegarem o oxigénio, produzindo energia que irá servir para transformar o ADP em ATP (fosforilação oxidativa). 
O Oxigénio quando recebe os eletrões reage com protões da matriz mitocondrial e forma água. 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Balanço energético da fermentação e da respiração aeróbia

A respiração aeróbica em termos energéticos e utilizando o mesmo composto químico (a glicose), é muito mais rentável que a fermentação e esta é uma via muito mais rápida de obtenção de ATP.  A percentagem de energia aproveitada na respiração aeróbica de uma molécula de glicose é cerca de 34 a 38% e a da fermentação de 2 a 2,5%. A restante energia fica retida nos produtos finais e a maior parte é libertada sob a forma de calor.