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567 PARTE IV CITOLOGIA UNIDADE 4 PLASTOS E FOTOSSÍNTESE PLASTOS OU PLASTÍDEOS São organelas celulares que estão presentes em ve- getais e alguns protistas. Os plastos podem ser incolores (leucoplastos), que não apresentam pigmentos, tendo a função de armazenamento de proteínas, óleos e; principalmente o amido, recebendo nesse caso a denominação de amiloplastos. Os plastos que armazenam pigmentos são os cromoplastos, sendo responsáveis pela coloração de flo- res, frutos e folhas. Os cromoplastos podem variar de acordo com os pig- mentos, que armazenam: • Xantoplastos - são amarelos, pois possuem no seu interior um pigmento carotenóide, a xantofila. São responsáveis pela coloração do mamão e da ce- noura. • Eritroplastos - são plastos ricos em licopeno, pig- mento corotenóide de cor vermelha. Dá cor ao tomate. • Cloroplastos - com clorofila, pigmento verde, sen- do responsável pela fotossíntese, na qual a energia lumi- nosa é transformada em energia química, armazenada nos açúcares. Os cloroplastos podem apresentar várias formas e um número variável. Em certas algas podem ter a forma de fita espiralada ou estrelada. Nos vegetais superiores têm a forma biconvexa e são pequenos, medindo cerca de 10 nm de comprimento e de 1 a 4 nm de largura. Ao microscópio eletrônico os cloroplastos apresen- tam duas membranas envolventes: uma externa e outra mais interna, semelhantes à membrana plasmática. O seu interior é preenchido por um material amorfo, o estroma, onde estão as lamelas ou membranas intergranas. Além das lamelas grandes há pequenas vesículas achatadas denominadas tilacoides, que ficam empilhadas. As pilhas de tilacóides são chamadas de grano ou granun, cujo conjunto recebe o nome de grana. Nessa rede de membranas internas é que estão a clorofila e outros pigmentos. Estrutura do Cloroplasto A TRANSFORMAÇÃO E O ARMAZENAMENTO DA ENERGIA Podemos definir energia como sendo a capacidade de realizar trabalho, isto é, consumir energia. As células apresentam fenômenos que consomem energia, realizam trabalho (síntese de substâncias, trans- porte ativo e deslizamento de proteína). Sabemos que a energia não pode ser criada nem destruída (1ª Lei da Termodinâmica). Nas células eucariotas, há duas organelas capazes de transformar a energia obtida do ambiente em energia que o organismo pode utilizar, os cloroplastos e as mitocôndrias. Os cloroplastos convertem a energia luminosa em ener- gia química, que fica armazenada na molécula orgânica. Nas mitocôndrias, a molécula orgânica e oxidada (res- piração celular) liberando energia para o trabalho celular. Durante as transformações da energia que ocorrem nas células parte dessa energia é liberada (reações exotérmicas), enquanto a outra é utilizada para reações endotérmicas. Para que ocorra pouca liberação de calor é necessário que ocorra um acoplamento de reações, em que uma substância oriente esse aproveitamento de energia. Essa substância é o ATP (Adenosina trifosfato). Esquema representando o acoplamento de reações A fonte imediata de energia para o trabalho celular de todos os seres vivos e o ATP. A energia é temporariamente estocada nesse composto químico, ele é a moeda energética da célula. 568 A molécula de ATP é formada por uma base nitrogenada, a adenina, uma pentose, a ribose (formando um nucleosídeo) e três moléculas de ácido fosfórico. As ligações fosfatos, altamente energéticas, estão representadas por uma linha sinuosa (~). Elas liberam 10 kcal por mol ao serem rompidas, por hidrólise. A molécula de ATP normalmente descarrega o ATP até ADP. Estrutura da molécula do ATP FOTOSSÍNTESE Processo autotrófico realizado pelos seres clorofilados representados pelas plantas, protistas autotróficos, bacté- rias fotossintetizantes e cianobactérias. É classicamente considerada como a produção de glicídios, água e desprendimento de O2, a partir de CO2 e H2O, graças à energia luminosa absorvida pela clorofila. A luz é uma forma de energia que se propaga por ondas eletromagnéticas. A luz do Sol (luz branca) é for- mada por vários espectros de comprimentos de ondas diferentes. Pigmentos são quaisquer substâncias que absorvam luz. Eles absorvem alguns comprimentos de onda da luz visível e refletem os que não foram absorvidos. A clorofila, por exemplo, absorve muito bem os comprimentos de onda relativos ao violeta, ao azul e ao vermelho e reflete o verde. Pigmentos diferentes absorvem energia luminosa em diferentes comprimentos de onda. Na membrana dos tilacóides dos cloroplastos, a clo- rofila está associada à proteínas e pigmentos carotenóides. Esses pigmentos (acessórios) são capazes de absorver comprimentos de ondas que a clorofila não é capaz, au- mentando assim o poder de absorção de luz. Nas plantas superiores são encontrados dois tipos de clorofilas: a e b, sendo que somente a clorofila a é capaz de disparar o processo da fotossíntese. O conjunto de clorofilas, proteínas e pigmentos aces- sórios é chamado de fotossistema, encarregado de ab- sorver a luz. Os fotossistemas são de dois tipos: fotossistema I e fotossistema II. Eles são diferentes entre si, pois as molé- culas de clorofila a no centro de reação tem capacidades diferentes de absorção de luz. O fotossistema I (PS I) absorve a luz com compri- mento de onda correspondente a 700 nm, por isso ser chamado de P700. Já o fotossistema II obsorve a luz com comprimento de onda de 680 nm, sendo por isso chamado de P680. Esquema simplificado do fotossistema Para compreendermos melhor as etapas da fotossíntese, precisamos saber alguns fenômenos químicos. Sabemos que, nos átomos os elétrons estão organizados em camadas ao redor do núcleo. Caso o elétron absorva energia luminosa (fóton), ele pode ser impelido para camadas mais distantes do nú- cleo. Neste caso dizemos que o átomo e a molécu- la estão excitados. Entretanto o elétron pode retornar à camada de origem, caso libere a energia que ha- via recebido. FOSFORILAÇÃO FOTOSSINTÉTICA CÍCLICA Nesta reação, apenas o fotossistema I participa. A molécula de clorofila a do centro de reação recebe energia luminosa, ficando excitada. Os elétrons excitados da clorofila pulam para fora da molécula, tornando-a oxidada. Os elétrons excitados, ricos em energia, são capta- dos por uma substância denominada ferredoxina. Porém, os elétrons não ficam na ferredoxina e passam por uma série de citocromos, que constituem a cadeia transporta- dora de elétrons. Conforme os elétrons vão passando de uma substân- cia para a outra eles vão perdendo a energia. Essa energia liberada é utilizada para formar moléculas de ATP a partir da molécula de ADP + P. Quando os elétrons chegam ao último citocromo da cadeia transportadora de elétrons, eles já perderam toda a energia captada, então eles retornam a molécula de clo- rofila a do fotossistema I. Essa etapa recebe o nome de fosforilação fotossintética cíclica, pois ocorre na presença da luz, du- rante a fotossíntese (fotossintética), com adição de fosfato (fosforilação), onde os elétrons saem da molécula de clo- rofila a e retornam a ela (cíclica). 569 Esquema da fosforilação fotossintética cíclica FOSFORILAÇÃO FOTOSSINTÉTICA ACÍCLICA Nesta reação os fotossistemas I e II participam. Uma molécula de clorofila a do fotossistema II fica excitada ao receber luz e libera elétrons, que serão captados pela plastoquinona. Da plastoquinona, esses elétrons passam pela ca- deia transportadora de elétrons e vão perdendo energia, que será utilizada na síntese de ATP a partir de ADP + P. O último elemento dessa cadeia transportadora de elétrons é uma molécula de clorofila a do fotossistema I que fica reduzida. A clorofila a do fotossistema I reduzida recebe luz, perde elétrons excitados e oxida-se. Esses elétrons são captados pela ferredoxina e transferidos para uma molé- cula denominada NADP, que se reduz. Essa etapa é denominada acíclica por que os elétrons que saíram do fotossistema II não retornam a ele. Esquema da fosforilação fotossintética acíclica Nas duas etapas anteriores, a energialuminosa foi convertida em energia química armazenada na molécula de ATP. FOTÓLISE DA ÁGUA OU REAÇÃO DE HILL Quebra da molécula da água, com a produção de O2, prótons e elétrons. Os elétrons liberados na fotólise da água são capta- dos pela clorofila a do fotossistema II que perderam elé- trons na fosforilação fotossintética acíclica. Logo, a clorofi- la que estava oxidada se reduz. Os prótons (íons H+) são recebidos pelo NADP que estava reduzido (recebeu elétrons da clorofila a do fotossistema I. Na fosforilação fotossintética acíclica), for- mando NADPH2. O oxigênio produzido na fotólise da água é eliminado para a atmosfera. O oxigênio da fotossíntese liberado na atmosfera vem da água. Esquema simplificado da fotólise da água CICLO DAS PENTOSES OU CICLO DE CALVIN - BENSON Etapa da fotossíntese que ocorre no estroma dos cloroplastos, não dependendo diretamente da luz, porém só ocorrendo graças aos produtos das etapas fotoquímicas. Inicialmente o CO2 absorvido do meio ambiente rea- ge com uma substância, a ribulosebifosfato, composto com 5 átomos de carbono. Essa reação forma um composto de 6 carbonos que se quebra em compostos de 3 carbonos, o ácido fosfoglicérico e em seguida aldeído fosfoglicérico, usan- do o ATP e o NADPH2 que foram produzidos nas etapas anteriores (fotoquímica). Dois aldeídos fosfoglicéricos reagem, originando a glicose, outros regeneram a ribulosebifosfato, reiniciando o ciclo. Esquema simplificado do ciclo de pentoses A fotossíntese pode ser dividida em 2 etapas: etapa fotoquímica (fase clara) e a etapa química (fase escura). A etapa fotoquímica ocorre na presença da luz, sen- do a fotofosforilação cíclica, acíclica e fotólise da água. A etapa química não depende diretamente da luz, corresponde ao ciclo de pentoses. 570 Esquema com resumo geral das etapas da fotossíntese EQUAÇÃO GERAL DA FOTOSSÍNTESE Quimiossíntese Processo pelo qual certas bactérias sintetizam maté- ria orgânica utilizando energia proveniente da oxidação de compostos inorgânicos: Amônia, sais de ferro, compostos nitrogenados, como o nitrito e o nitrato. Esse processo ocorre no hialoplasma, não utilizando energia luminosa. Esquema da quimiossíntese 01. No bloco superior abaixo, são citadas duas estrutu- ras presentes nos cloroplastos; no inferior, caracte- rísticas dessas estruturas. Associe adequadamente o bloco inferior ao superior. 1. Tilacoides 2. Estroma ( ) A luz absorvida pelo pigmento é transformada em energia química. ( ) Enzimas catalisam a fixação de CO2. ( ) Parte do gliceraldeído 3 fosfato resulta na pro- dução de amido. ( ) A oxidação de moléculas de água produz elé- trons, prótons e O2. A sequência correta de preenchimento dos parênte- ses, de cima para baixo, é (A) 1 - 2 - 2 - 1. (B) 1 - 1 - 2 - 1. (C) 1 - 2 - 2 - 2. (D) 2 - 1 - 1 - 1. (E) 2 - 1 - 1 - 2. 02. Baseados nos conhecimentos biológicos, pesquisa- dores brasileiros têm buscado converter água e luz solar em combustível. A estratégia é separar oxigênio e hidrogênio pela quebra da molécula de água, usan- do a energia luminosa. Para isso, um nanomaterial será usado para absorver a energia luminosa que pro- moverá essa reação. Oxigênio e hidrogênio gasosos serão, então, armazenados e, quando recombinados, produzirão eletricidade e água. Um processo seme- lhante é realizado naturalmente nos vegetais durante a fase luminosa da fotossíntese, quando há __________ para quebrar a molécula de água e libe- rar __________ gasoso. Com a luz, há transferência de __________ para e, finalmente, é gerado(a) __________, que atuará como combustível químico. (A) ADP - hidrogênio - oxigênio - clorofila (B) ATP - oxigênio - hidrogênio - ATP (C) ATP - hidrogênio - oxigênio - ADP (D) clorofila - oxigênio - hidrogênio - ATP (E) clorofila - hidrogênio - oxigênio - ADP 03. A fotossíntese consiste em um processo metabólico pelo qual a energia da luz solar é utilizada na conver- são de dióxido de carbono e de água em carboidratos e oxigênio. Com relação a esse processo, considere as seguin- tes afirmações. I. A produção de carboidratos ocorre na etapa fotoquímica. II. A água é a fonte do oxigênio produzido pela fotossíntese. III. A etapa química ocorre no estroma dos cloroplastos. Quais estão corretas? (A) Apenas I. (B) Apenas II. (C) Apenas I e III. (D) Apenas II e III. (E) I, II e III. 04. Relacione os eventos exemplificados na coluna A com as fases da fotossíntese descritas na coluna B. COLUNA A ( ) Fotofosforilação cíclica ( ) Fotofosforilação acíclica ( ) Fotólise da água e liberação de O2 ( ) Fixação de CO2 ( ) Produção de Carboidrato ( ) Produção de ATP e NADPH2 571 COLUNA B 1. Fase fotoquímica 2. Fase enzimática Das alternativas a seguir, qual descreve a sequência correta de associação das colunas A e B? (A) 1, 1, 2, 2, 1, 1 (B) 1, 1, 1, 1, 2, 2 (C) 1, 2, 1, 2, 2, 1 (D) 1, 1, 1, 2, 2, 1 05. A fotossíntese, principal processo autotrófico, é divi- dida em várias etapas e realizada pelos seres clorofilados. Com relação a esse fenômeno, é INCORRETO afir- mar que (A) a etapa fotoquímica ocorre nos tilacoides. (B) a fotofosforilação cíclica se processa no escuro. (C) a fotólise da água libera oxigênio para o meio ambiente. (D) os produtos originados na fase clara são em- pregados na fase escura. 06. O processo de fotossíntese é considerado em duas etapas: a fotoquímica ou fase de claro e a química ou fase de escuro. Na primeira fase NÃO ocorre: (A) produção de ATP (B) produção de NADPH2 (C) produção de O2 (D) fotólise da água (E) redução do CO2 07. Considerando o desenho, assinale verdadeira (V) ou falsa (F) nas afirmativas a seguir. ( ) O desenho representa um cloroplasto: 1 mostra um tilacoide; 2, o estroma e 3, a membrana ex- terna. ( ) Na estrutura 1, ocorre a fase fotoquímica da fotossíntese. ( ) Na estrutura 2, ocorre a fase química da fotossíntese. A sequência correta é (A) F - V - F. (B) V - V -V. (C) V - F - F. (D) F - V - V. (E) F - F - F. 08. A produção de açúcar poderia ocorrer independente da etapa fotoquímica da fotossíntese se os cloroplastos fossem providos com um suplemento constante de (A) clorofila (B) ATP e NADPH2 (C) ADP e NADP (D) oxigênio (E) água 01. Analise o esquema abaixo, que se refere, de forma bem simplificada, ao processo de fotossíntese. Suponha que uma cultura de algas verdes seja ilumi- nada e receba gás carbônico com o isótopo C - 14 e água com o isótopo O - 18. Pode-se afirmar que (A) o gás carbônico participa das etapas A e B e prever que ocorra produção de glicose com o isótopo C - 14 nas duas etapas. (B) o gás carbônico participa apenas da etapa A e prever que ocorra produção de glicose com o isótopo C - 14 nesta etapa. (C) a água participa das etapas A e B e prever que ocorra liberação de oxigênio com o isótopo O - 18 nas duas etapas. (D) a água participa apenas da etapa A e prever que ocorra liberação de oxigênio com o isótopo O - 18 nesta etapa. 02. Sobre a fotossíntese, é correto afirmar que (A) as reações dependentes de luz convertem ener- gia luminosa em energia química. (B) o hidrogênio resultante da quebra da água é eli- minado da célula durante a fotólise. (C) as reações dependentes de luz ocorrem no estrema do cloroplasta. (D) o oxigênio produzido na fotossíntese é resultante das reações independentes da luz. (E) os seres autótrofos utilizam o CO2 durante as reações dependentes de luz. 03. Os organismos clorofilados eucariontes, supridos de energia solar, utilizam de reações químicas, partindo de substâncias simples para produzir inicialmente carboidratos, sendo este um evento chave na evolu- ção da vida no planeta. É correto afirmar sobre fotossíntese, EXCETO: (A) Nas reações dependentes da luz, ocorre a con- versão da energia solar em energia química na forma de ATP e de um carreador de elétrons redu- zido (NADPH + H+). (B) Na fase clara da fotossíntese, ocorrem dois tipos de fotofosforilações e num deles ocorre também a fotólise da água com liberação de oxigênio. 572 (C) A energia luminosausada pela fotossíntese é absorvida por muitos pigmentos diferentes, com espectros de absorção distintos. (D) Os produtos das reações dependentes da luz serão todos usados na síntese da matéria orgâ- nica, nas reações da fase escura. 04. As reações químicas representadas no esquema po- dem ocorrer em uma mesma célula. Sobre essas reações químicas, é INCORRETO afir- mar que a(o) (A) oxigênio origina-se da molécula de água. (B) fase luminosa é independente da fase química. (C) carboidrato produzido gera outras substâncias. (D) luz é fundamental para a excitação dos elétrons. 05. A fotossíntese é um processo complexo que ocorre em duas fases: fase luminosa e Ciclo de Calvin. Sobre as duas etapas da fotossíntese, foram feitas as seguintes afirmativas: I. Na fase luminosa, ocorre a conversão da energia solar em energia química. II. Na fase luminosa, ocorre liberação de oxigênio, pro- dução de NADPH e consumo de ATP. III. No Ciclo de Calvin, o CO2 atmosférico é incorpora- do em moléculas orgânicas do cloroplasto. IV. O Ciclo de Calvin necessita indiretamente da luz, pois a produção de açúcar depende do ATP e NADPH produzidos na fase luminosa. Estão corretas: (A) Somente I, II e III. (B) Somente II, III e IV. (C) Somente I, III e IV. (D) Somente I, II e IV. (E) Todas as afirmativas. 06. O sequestro de carbono é um processo de remoção de gás carbônico da atmosfera por organismos fotossintetizantes, o que ocorre em oceanos e flores- tas. Assinale a alternativa incorreta sobre a fotossíntese. (A) Para ocorrer, é necessária a presença de cloro- fila, que é um pigmento verde. (B) A etapa fotoquímica ocorre nos tilacoides dos cloroplastos. (C) A etapa bioquímica ocorre no estroma dos cloroplastos. (D) Pode ser representada pela equação: 6CO2 + 6H2O →→→→→ C6H12O6 + O2 (E) O oxigênio é produzido na etapa fotoquímica a partir da fotólise da água. 07. A fotossíntese é um processo de formação de maté- ria orgânica, a partir da água e do gás carbônico, e exige luz para que se realize. Este processo é reali- zado pelos seres vivos que possuem em suas células pigmentos fotossintetizantes, como a clorofila. A respeito deste processo, é correto afirmar. (A) A fotossíntese apresenta duas fases: a de claro ocorre nos cloroplastos e a de escuro ocorre nas mitocôndrias. (B) Ao final do processo fotossintético, a planta pro- duzirá nitrogênio, água e oxigênio. (C) Na fotossíntese, a fase fotoquímica (reação de claro) ocorre nas partes clorofiladas dos cloroplastos e consiste em duas etapas: a fotólise da água que libera O2 e a fotofosforilação que produz ATP. (D) A fotossíntese ocorre exclusivamente no cloroplasto, a fase de claro acontece no estroma e a fase de escuro acontece na grana, que é rica em clorofila. (E) O objetivo principal da fotossíntese é manter está- vel a quantidade de oxigênio do planeta, um pro- cesso realizado exclusivamente pelas plantas. 08. A fotossíntese, que corresponde à síntese de matéria orgânica a partir de compostos inorgânicos simples, é um processo de produção de energia realizado pe- las plantas, do qual depende toda a vida no planeta. A figura mostra um esquema do cloroplasto e as etapas da fotossíntese. Com base nos textos e em seus conhecimentos, ana- lise as seguintes afirmativas. I. Na etapa fotoquímica (I), ocorre a fotofosforilação, em que ATPs são produzidos com a utilização de ener- gia liberada pelos elétrons. Esses elétrons são energizados ao serem captados e transportados por uma cadeia nos tilacoides do cloroplasto, após a clo- rofila ter recebido a energia luminosa. II. O oxigênio produzido na fotossíntese é oriundo da fotólise da água, que ocorre na etapa fotoquímica (I). Os íons H+ resultantes da decomposição da água se combinam com os elétrons energizados captados pelo NADP, formando NADPH2, o qual será utilizado na produção da glicose. 573 III. A glicose é produzida a partir do CO2, sem gasto de energia, uma vez que essa foi utilizada na fotofosforilação. Na etapa química (II), que ocorre nos tilacoides do cloroplasto, são utilizados, ainda, para produzir a glicose, hidrogênios oriundos da fotólise da água. IV. A fotossíntese é realizada também por algas e cer- tas bactérias, organismos que apresentam cloroplastos bem estruturados, como nos vegetais. Estão corretas apenas as afirmativas (A) III e IV. (B) I e IV. (C) I e II. (D) II e III. (E) II e IV. 09. Existem fatores que interferem na taxa de fotossíntese de uma planta. A esse propósito, analise os itens mencionados a seguir. 1) Intensidade de energia luminosa. 2) Concentração de gás carbônico. 3) Temperatura. 4) Concentração de oxigênio. Interferem na taxa fotossintética: (A) 1, 2, 3 e 4 (B) 1, 2 e 3 apenas (C) 2 e 3 apenas (D) 3 e 4 apenas (E) 1 e 2 apenas 10. Com relação ao processo fotossintético, é INCORRE- TA a afirmação do item: (A) existe uma etapa de reações, que não necessita de luz para ocorrer, chamada etapa de escuro. (B) as reações de claro não necessitam de clorofila. (C) o objetivo da fotossíntese é a síntese de com- postos ricos em energia. (D) a água é fundamental no processo de fotossíntese. (E) nos vegetais, a fotossíntese ocorre nos cloroplastos. 11. A fotossíntese é o processo nutritivo fundamental dos seres vivos, que ocorre em algas e nos vegetais com a produção de moléculas orgânicas a partir de gás carbônico e água e a utilização da energia luminosa. Realiza-se em duas fases: a fase luminosa e a fase escura. Analise as afirmações referentes a estas fases: I. Na fase luminosa ocorre a absorção da luz e a trans- formação da energia luminosa em energia de ATP. II. Na fase luminosa também ocorre a quebra das mo- léculas de água em hidrogênio e oxigênio, sendo este último liberado pela planta. III. A fase escura ocorre na tilacoide do cloroplasto e compreende a construção de glicídios a partir de mo- léculas de CO2 do ambiente. Está correta ou estão corretas: (A) apenas III (B) apenas II (C) apenas I (D) apenas II e III (E) apenas I e II 12. O esquema a seguir representa as duas principais eta- pas da fotossíntese em um cloroplasto. O sentido das setas 1 e 4 indica o consumo e o sentido das setas 2 e 3 indica a produção das substâncias envolvidas no processo. (Adaptado de ALBERTS et alii. "Molecular biology of the cell". New York: Garland Publishing, 1986.) Os números das setas que correspondem, respecti- vamente, às substâncias CO2, O2, açúcares e H2O são: (A) 1, 2, 4, 3 (B) 2, 3, 1, 4 (C) 3, 1, 2, 4 (D) 4, 2, 3, 1 13. O esquema a seguir resume o processo da fotossíntese. Os números 1, 2, 3 e 4 representam, respectivamen- te, as seguintes substâncias: (A) água, oxigênio, gás carbônico e água. (B) água, gás carbônico, oxigênio e água. (C) gás carbônico, oxigênio, água e oxigênio. (D) gás carbônico, água, água e oxigênio. (E) oxigênio, gás carbônico, água e água. 574 14. Sobre a organela representada a seguir podemos afir- mar que: (A) é uma estrutura anabólica em virtude da produ- ção de O2. (B) a construção de moléculas orgânicas ocorre nas lamelas. (C) a formação de moléculas de ATP independe da ação da luz. (D) as moléculas CO2 funcionam como aceptoras finais de hidrogênio. (E) as reações de escuro ocorrem nos "grana", re- giões ricas em clorofila. 15. Observe o esquema anterior e analise as seguintes afirmações: I. a transferência de elétrons para os aceptores per- mite a transformação de energia luminosa em ener- gia química; II. na ausência de aceptores de elétrons, poderia ha- ver a ocorrência do fenômeno conhecido como fluorescência; III. quando excitada pela luz, a clorofila absorve prin- cipalmente luz verde A(s) afirmação(ões) correta(s) é(são): (A) apenas a I. (B) apenas a II. (C) apenas a I e a II. (D) apenas a I e a III. (E) apenas a II e a III. 01. Segundo estudos, a evolução de todos os eucariotos é o resultado da incorporação, em um passado remo- to, de bactérias aeróbias de vida livre no interior de uma célula, em uma associação vantajosa para ambas. Essas bactérias originaram organelas celula- res denominadasmitocôndrias. Nomeie a teoria evolutiva que explica a formação da célula eucariótica por esse processo. Nomeie, tam- bém, a relação ecológica estabelecida entre as bac- térias e a célula e explique de que maneira cada uma se beneficiou dessa associação. 02. Considere o seguinte experimento: duas plantas cres- ceram em ambientes completamente isolados. A plan- ta A cresceu com suprimento de dióxido de carbono normal, mas foi regada com água contendo átomos de oxigênio radioativo. A planta B desenvolveu-se com suprimento de água normal, mas numa atmosfera com dióxido de carbono que continha átomos de oxigênio radioativo. Cada planta cresceu realizando fotossíntese. Foram então analisados, para detecção de radioatividade, o oxigênio da atmosfera e os açú- cares das plantas. Em qual sistema (A ou B) será en- contrado oxigênio radioativo e em qual será encon- trado o açúcar radioativo? Explique suas escolhas. Reação simplificada da fotossíntese: Dióxido de carbono + Água + luz →→→→→ açúcar + oxigênio 03. Um pesquisador forneceu a uma cultura de algas gás carbônico marcado com o isótopo 18O do oxigênio. A uma segunda cultura de algas foi fornecida água com esse mesmo isótopo. As culturas foram mantidas ilu- minadas por um certo tempo, após o que as substân- cias químicas presentes no meio e nas células das algas foram analisadas. a) Além de gás carbônico, que outras substâncias apresentarão o isótopo 18O na primeira cultura? Justi- fique sua resposta. b) Além da água, que outras substâncias apresenta- rão o isótopo 18O na segunda cultura? Justifique sua resposta. 575 PARTE IV CITOLOGIA UNIDADE 5 MITOCÔNDRIAS E RESPIRAÇÃO CELULAR MITOCÔNDRIAS São organelas presentes em células eucariotas, res- ponsáveis pela respiração celular aeróbia. Está presente em todos os locais onde há necessidade de grandes quan- tidades de energia (ATP). A quantidade de mitocôndrias varia de acordo com a necessidade de energia; células que necessitam de um maior aporte de energia apresentam maior quantidade de mitocôndrias. Podem apresentar forma filamentosa, esférica ou ovóide, porém em geral apresentam a forma de um bastão. Medem entre 0,2 μm a 10 μm de diâmetro e 2 μm a 10 μm de comprimento. O conjunto de mitocôndrias denomina-se condrioma. ESTRUTURA DAS MITOCÔNDRIAS As mitocôndrias podem ser vistas ao microscópio óptico, porém sua estrutura interna somente pode ser vista através do microscópio eletrônico. Estrutura das mitocôndrias • Membrana externa - envolve a organela por fora, sendo lisa. • Membrana interna - envolve internamente a organela, é pregueada. As membranas interna e externa apresentam estrutu- ra semelhante a da membrana plasmática. O espaço entre as duas membranas é denominado espaço intermembranoso. • Cristas mitocondriais - são os pregueamentos da membrana interna. Destinam-se ao aumento da superfície de contato entre as enzimas de cadeia respiratória e os ácidos do ciclo de Krebs, acelerando as reações. • Matriz mitocondrial - é a solução contida no espa- ço interno da mitocôndria, com aspecto semelhante ao hialoplasma. Contém os ácidos do ciclo de Krebs e as enzimas responsáveis pelas reações químicas da respira- ção celular. ............................................................................................... ....................................................................................................... .................................................................................................. ............................................................................................... ....................................................................................................... .................................................................................................. ............................................................................................... ....................................................................................................... .................................................................................................. ............................................................................................... ....................................................................................................... .................................................................................................. ............................................................................................... ....................................................................................................... .................................................................................................. ............................................................................................... ....................................................................................................... ....................................................................................................... .................................................................................................. ............................................................................................... ....................................................................................................... .................................................................................................. ............................................................................................... ....................................................................................................... .................................................................................................. ............................................................................................... ....................................................................................................... ....................................................................................................... .................................................................................................. ............................................................................................... ....................................................................................................... .................................................................................................. ............................................................................................... 576 "TEORIA" ENDOSSIMBIÓTICA OU ENDOSSIMBIÔNTICA DAS MITOCÔNDRIAS E CLOROPLASTOS Analisando aspectos estruturais das mitocôndrias e cloroplastos, cientistas formularam a hipótese de que es- sas organelas seriam, no passado bactérias aeróbicas e cianobactérias fotossintetizantes, respectivamente, que fo- ram fagocitadas por células eucariotas e não foram digeridas, estabelecendo uma relação simbiótica com es- sas células. Essa hipótese é baseada no fato de mitocôndrias e cloroplastos apresentarem membrana dupla (sugerindo que a membrana externa derivou-se da membrana do fagossomo), ADN circular (típico de células procariotas), permitindo a síntese de algumas de suas proteínas, ribossomos 70S (presentes em células procariotas) e um mecanismo de auto-reprodução. Admite-se que durante o processo evolutivo, mitocôndrias e cloroplastos perderam, gradativamente, parte do seu genoma que foi transferido para a célula hospedeira. Assim, mitocôndrias e cloroplastos tornaram-se dependentes de proteínas codificadas pelo genoma do núcleo celular. Teoria endossimbiótica ou endossimbiôntica RESPIRAÇÃO CELULAR E FERMENTAÇÃO A glicose é o principal combustível da maioria dos or- ganismos vivos. Além de rica em energia, ela pode ser rapi- damente obtida dos estoques de glicogênio presentes no fígado e nos músculos de nossos corpos. A liberação da energia química contida na glicose é realizada de forma gradual ao longo das sequências de reações catalizadas por enzimas. Se o processo fosse abrupto, como nacom- bustão, a energia liberada, sob a forma de calor, levaria as proteínas à desnaturação. A velocidade destas reações é controlada pelas ne- cessidades celulares de energia na forma de ATP. Assim, as células consomem uma quantidade de nutrientes ape- nas suficiente para igualar a velocidade de consumo de energia em um dado instante, o que mantém a concentra- ção de ATP nas células mais ou menos constante mesmo em períodos de imensa atividade. A quebra (oxidação) da glicose pode ser aeróbica (res- piração celular) ou anaeróbica (fermentação). Na respira- ção celular, a quebra (oxidação) de uma molécula de glicose permite a regeneração de 38 ATP, enquanto na fermenta- ção o rendimento é de apenas 2 ATP. A degradação da glicose permite a produção de ATP de duas formas: 1. A quebra de ligações químicas ao longo da de- gradação da glicose pode ser diretamente acoplada à sín- tese (fosforilação) do ATP. Esta é a fosforilação ao nível de substrato; 2. Elétrons energéticos podem ser retirados duran- te a degradação da glicose. Os transportadores carrega- dos formados (NAD2H) acabam doando estes elétrons para um forte aceptor de elétrons, o oxigênio. Durante esta trans- ferência, estes elétrons caem de nível energético e liberam energia que pode ser acoplada à síntese de ATP (fosforilação oxidativa, porque decorreu de um processo oxidativo). Como depende de um forte aceptor de elétrons, esta segunda forma só ocorre em presença de oxigênio. Durante a respiração celular aeróbica, a matéria or- gânica (glicose) sofre uma degradação total em presença de O2. Por isso, o processo é mais eficiente na regenera- ção do ATP. Durante a fermentação (oxidação da glicose em au- sência de O2), a degradação da matéria orgânica é somen- te parcial. Temos como exemplo a fermentação alcoólica, que ocorre nas leveduras: Em certas bactérias e nas células musculares dos vertebrados a fermentação produz ácido lático como resí- duo orgânico. Nas leveduras (lêvedo de cerveja, um fungo unicelular), a fermentação produz álcool etílico e CO2. A fermentação produz menos ATP a partir de uma massa de substrato consumido, pois o resíduo orgânico ainda contém energia química potencial. GLICÓLISE Tanto a respiração aeróbica quanto a fermentação começam com a glicólise, processo que ocorre na hialoplasma e que quebra a molécula de glicose em duas moléculas de ácido pirúvico, um composto com três car- bonos. Como os organismos vivos devem ter surgido em uma atmosfera desprovida de O2, acredita-se que a glicólise te- 577 nha sido a primeira etapa da respiração celular a evoluir. Esta hipótese é apoiada pelo fato de que quase todos os organismos vivos - das bactérias aos seres humanos - rea- lizam a glicólise de forma quase idêntica. A glicólise ocorre inteiramente no hialoplasma e pode ser dividida em três etapas, sendo as duas primeiras endergônicas e somente a última exergônica. 1. A glicose, recebe grupamentos fosfato de dois ATP, convertendo-se em frutose-difosfato (etapa endergônica, pois houve o consumo de dois ATP) 2. A frutose-difosfato é quebrada ao meio. As trioses- fosfato formadas são oxidadas e transferem hidrogênios para transportadores de elétrons, que passam da forma oxidada (NAD) para a forma reduzida (NAD2H). Parte da energia li- berada nessa reação é utilizada para incorporar um fosfato livre a cada triose, formando 2 P~C3~P; 3. Os 4 fosfatos incorporados às trioses são retirados e utilizados para a síntese de 4 ATP, restando 2 molécu- las de ácido pirúvico (etapa exergônica, com a regenera- ção de 4 ATP). EQUAÇÃO DA GLICÓLISE Observação: Os transportadores de elétrons (NAD2H), que se tornam carregados de hidrogênios du- rante a glicólise, podem ser reoxidados pela fer- mentação alcoólica ou lática. Para que a glicólise possa ocorrer outras vezes é preciso que os transportadores de elétrons sejam continuamen- te reoxidados (ou seja, transfiram seus hidrogê- nios para um aceptor de hidrogênios), já que sua concentração intracelular é muito pequena. Eles doam seus hidrogênios para aceptores de hidrogênios, através da respiração aeróbica (quando o aceptor é o oxigênio) ou da fermen- tação (quando o aceptor é um composto orgâ- nico: o ácido pirúvico ou o acetaldeído). Quan- do o aceptor de hidrogênios é o ácido pirúvico ocorre fermentação láctica. Neste caso, o ácido pirúvico se converte em ácido lático. Quando o aceptor é o acetaldeído, ocorre fermentação al- coólica, originando álcool etílico e CO2. Produção do Vinho Quando o suco rico em glicose das uvas e outras fru- tas é extraído e armazenado em barris à prova de ar, célu- las de levedura, presentes na casca da fruta, convertem este suco em vinho. Não havendo O2, os NAD2H produzi- dos transferem os hidrogênios para o acetaldeído, forman- do álcool etílico. • Texto Complementar 1 COMO ELIMINAR O ÁCIDO LÁTICO CAUSADO POR EXERCÍCIOS FÍSICOS? Por Patrícia A. de Carvalho, São Paulo, SP O melhor remédio para combater o exces- so de ácido lático que provoca dores muscula- res é mais exercício, só que em doses meno- res, segundo o médico especialista em espor- tes Luiz Eduardo Martins Castro, da Escola Paulista de Medicina. Quando uma pessoa rea- liza esforço físico, seu organismo "queima" glicose, que está armazenada no corpo, princi- palmente com o oxigênio proveniente da respi- ração. Essa reação produz energia. Se o exer- cício estiver além do que o atleta está condicio- nado a fazer, a queima da glicose através do oxigênio não será suficiente e o organismo quei- mará a glicose sozinha. Essa reação solitária produz o ácido lático, que é um dos causadores das dores musculares. O melhor procedimento para evitar sua formação é, depois de fazer um exercício, realizar por alguns minutos outro exer- cício (correr, pedalar, nadar) em menor intensi- dade. Esse procedimento ajuda a desintoxicar 578 a musculatura porque uma parte do ácido lático, que também pode servir como fonte de energia, passa a ser queimada. Outro procedimento é massagear o local dolorido, aumentando a irri- gação sanguínea da região e facilitando a elimi- nação do ácido. "Mas não se sabe realmente se o ácido lático é o único responsável pelas dores que surgem após os exercícios. Elas podem tam- bém ser causadas por microlesões no múscu- lo", lembra Castro. Super interessante - março - 1994 • Texto Complementar 2 MICHAEL PHELPS FAZ HISTÓRIA EM PEQUIM Nadador norte-americano se tornou o maior atleta olímpico de todos os tempos. Com 11 ouros em duas Olimpíadas, Phelps superou as nove medalhas douradas conquis- tadas por Carl Lewis (atletismo, em quatro Olim- píadas), Mark Spitz (natação, em duas Olimpía- das), Paavo Nurmi (atletismo, em três Olimpía- das) e Larissa Latynina (ginástica artística, em três Olimpíadas). Uma série de fatores se combinaram para transformar Phelps no maior nadador e atleta olímpico de todos os tempos, mas dois são mais comumente citados: sua extrema dedicação aos treinamentos e seu biotipo físico. Mas para além da extrema dedicação ao aperfeiçoamento da técnica de natação, Phelps tem um "defeito" físico que faz dele o nadador ideal - um torso desproporcionalmente longo e pernas re- lativamente curtas, que fazem com que ele deslize sobre a água como se fosse uma prancha. Além disso, a envergadura dos braços (leia-se remos) do nadador é cerca de 7,6 cen- tímetros maior do que sua altura, que é de 1,92m. Nos membros inferiores, Phelps tem uma flexibilidade absurda nos tornozelos, cerca de 15 graus acima da média, que lhe permite trans- formar os pés em nadadeiras similares as de um peixe. Por fim, Michel Phelps tem uma extra- ordinária capacidade de recuperação. Quan- do exigidos ao extremo, os músculos libe- ram ácido láctico, que provoca dor. Após uma competição, a maioria dos nadadores apre- senta de 10 a 15 milimols de ácido lático por litro de sangue, enquanto que Phelps tem apenas 5,6. A maioria dos atletas precisa de uma a duas horas para se recuperar total- mente dos efeitos do cansaço. Phelps pode se recuperar em menos de 30 minutos, o queexplica sua capacidade de disputar tantas provas no mesmo dia. Trecho da reportagem "Michael Phelps faz história em Pequim" publicada em13/08/08 www.clicrbs.com.br/olimpiada2008 CICLO DE KREBS OU CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO Em condições aeróbicas, o ácido pirúvico é inteira- mente degradado no interior da matriz mitocondrial, numa sequência de reações denominada ciclo de Krebs (cien- tista que desvendou este ciclo de reações) ou ciclo do áci- do cítrico (por ser o ácido cítrico um intermediário importan- te do ciclo). Já na matriz mitocondrial, o ácido pirúvico sofre uma descarboxilação e uma desidrogenação, originando acetil coenzima A. Gorduras e aminoácidos também podem ser converti- dos em acetil-CoA e entrar na sequência respiratória neste ponto. A molécula de gordura, por exemplo, é hidrolisada a glicerol e três ácidos graxos. Em seguida, grupos sucessi- vos de dois carbonos são removidos a começar pela extre- midade carboxila. Uma molécula como o ácido palmítico, que contém 16 átomos de carbono, produz 8 moléculas de acetil- CoA. É por isso que o exercício físico pode levar ao emagre- cimento! Ao contrário, um excesso de acetil, gerado pela ingestão exagerada de glicose, pode levar à produção de gordura. É por isso que excesso de açúcar engorda! A coenzima se desprende e o grupamento acetil (2C) reage com um ácido de quatro carbonos (4C) presente na matriz mitocondrial, formando o ácido cítrico (6C), primeiro composto do ciclo de Krebs. O ciclo se resume a um con- junto de descarboxilações (2) e desidrogenações (4), todas catalisadas por enzimas específicas. Como de uma molé- cula de glicose originam-se duas de ácido pirúvico, consi- deraremos no balanço duas voltas do ciclo incluindo a eta- pa de preparação (ác. pirúvico ⇒⇒⇒⇒⇒ acetil): 579 Os 20 H+ e 20e- formados podem ser expressos como 20 átomos de hidrogênio e são transportados por 8 NAD2H e 2 FAD2H. As 6 moléculas de CO2 difundem para fora da célula e são eliminadas pela expiração. O ciclo regenera, a cada volta, um composto 4 C. O saldo parcial da respiração é, até esse momento: Sabe-se que a respiração aeróbica produz 38 ATP. De onde vem os outros 34 ATP? É bom lembrar que os transportadores carregam elétrons energéticos. CADEIA RESPIRATÓRIA OU FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA Os transportadores de elétrons (NAD2H e FAD2H) são reoxidados ao nível da membrana interna das mitocôndrias. A análise desta membrana permitiu identificar a presença de complexos protéicos organizados, compondo cadeias de transportadores de elétrons. Estas cadeias são a sede de uma sucessão de oxirreduções, catalisadas por enzimas específicas, onde um transportador é oxidado e cede seus elétrons ao trans- portador seguinte, que é reduzido. Evidentemente, os elé- trons são passados dos transportadores mais fracos para os mais fortes e vão perdendo uma grande quantidade de energia livre. O oxigênio é apenas um aceptor final dos elétrons trazidos pelos transportadores. O cit a3 passa os elétrons para o oxigênio molecular (O2) (o O2 é, então reduzido) que, somado a quatro prótons H+ da matriz, forma duas molé- culas de água (H2O). O O2 não oxida diretamente a glicose, o que é vantajoso para o metabolismo celular. A redução incompleta do O2 pode ser a causa de lesões celulares e até o envelhecimento. É importante perceber que existem três passos na cadeia de transporte de elétrons nos quais ocorrem decrés- cimos de energia livre relativamente grandes quando os elétrons passam por eles. Esses são os passos que libe- ram energia livre suficiente para a síntese de ATP. A cadeia respiratória pode ser comparada a uma estra- da sem saídas laterais, onde os carros representam elétrons. Se ocorrer um bloqueio em algum ponto da estrada será for- mado um engarrafamento que paralisará todo o transporte. Algumas substâncias podem atuar como inibidoras na cadeia respiratória, bloqueando a passagem de elétrons de um transportador da outro. A rotenona, extraída de uma planta e utilizada pelos índios da Amazônia como veneno para peixes, bloqueia o transporte de elétrons do NAD2H para a ubiquinona: o antibiótico antimicina A bloqueia a pas- sagem do citocromo b para o citocromo c: o cianeto (assim como o monóxido de carbono), famoso veneno, impede a passagem de elétrons do citocromo a3 para o O2. Logo, estes inibidores paralisam a produção de ATP por fosforilação oxidativa. Pode-se agora desvendar a origem dos 34 ATP res- tantes. O par de elétrons trazido por cada NAD2H atraves- sa os três passos de grande decréscimo de energia, permi- tindo a síntese de 3 ATP. O par de elétrons trazido por cada FAD2H é menos energético e entra na cadeia já ao nível da ubiquinona, pulando o primeiro passo gerador de ATP e permitindo a síntese de apenas dois ATP. Logo, durante a respiração celular, 4 ATP são produzidos ao nível do substrato e 34 são produzidos pela fosforilação oxidativa. Saldo da fosforilação oxidativa 10 NAD2H x 3ATP = 30 ATP 02 FAD2H x 2ATP = 04 ATP SALDO = 34 ATP HIPÓTESE QUIMIOSMÓTICA A hipótese quimiosmótica, desenvolvida pelo bioquímico inglês Peter Mitchell, é a mais aceita atualmente para explicar como a energia liberada pelo transporte de elétrons é convertida em energia química dos ATP. É provável que o transporte de elétrons pela cadeia libere energia para o bombeamento de prótons H+ para o espaço entre as membranas mitocondriais (espaço intermembranas), gerando um gradiente de H+ através da membrana interna. Ou seja, como a concentração de H+ no espaço intermembranas torna-se muito maior do que na matriz mitocondrial, os prótons H+ tendem a voltar para a matriz. Porém como a bicapa lipídica é impermeável a es- tes íons, eles só conseguem retornar à matriz passando por um canal ou poro específico, associado à enzima ATPsintase. A energia livre liberada quando o H+ flui de volta para a matriz através da ATPsintase é utilizada pra a síntese acoplada do ATP, a partir do ADP e do fosfato. 580 DESACOPLADORES Se a membrana interna mitocondrial sofrer algum tipo de rompimento (formando um buraco, por exemplo), o trans- porte de elétrons continua a ocorrer, mas a síntese de ATP é interrompida, já que não se pode estabelecer um gradi- ente de H+ entre a matriz e o espaço intermembranas. Al- gumas substâncias, como o 2,4-dinitrofenol (DNP) são ca- pazes de aumentar a permeabilidade da membrana interna ao H+, permitindo que ele passe pela bicapa lipídica. Quan- do aplicadas a mitocôndrias estas substâncias paralisam a produção de ATP por fosforilação oxidativa sem paralisa- rem o transporte de elétrons. Elas são denominadas subs- tâncias desacopladas. A energia livre liberada pelo trans- porte de elétrons aparece como calor e não no ATP. Alguns desacopladores, por diminuírem a eficiência da produção de ATP foram usados como drogas para o emagrecimento. Por serem muito tóxicos, não são mais usados. 01. Para preparar uma massa básica de pão, deve-se mis- turar apenas farinha, água, sal e fermento. Parte do trabalho deixa-se para o fungo presente no fermento: ele utiliza amido e açúcares da farinha em reações químicas que resultam na produção de alguns outros compostos importantes no processo de crescimento da massa. Antes de assar, é importante que a massa seja deixada num recipiente por algumas horas para que o processo de fermentação ocorra. Esse período de espera é importante para que a mas- sa cresça, pois é quando ocorre a (A) reprodução do fungo na massa. (B) formação de dióxido de carbono. (C) liberação de energia pelos fungos. (D) transformação da água líquida em vapor d'água. (E) evaporação do álcool formado na decomposi- ção dos açúcares. 02. Em razão da grande quantidade de carboidratos, a mandioca tem surgido, juntamente com a cana-de-açú- car, como alternativa para produção de bioetanol. A pro- dução de álcool combustível utilizando a mandioca está diretamente relacionada com a atividade metabólica de microrganismos. Disponível em: www.agencia.cnptia.embrapa.br. Acesso em: 28 out. 2015 (adaptado). O processo metabólico envolvido na produçãodesse combustível é a (A) respiração. (B) degradação. (C) fotossíntese. (D) fermentação. (E) quimiossíntese. 03. No esquema a seguir, os compartimentos e as mem- branas mitocondriais estão codificados pelos núme- ros 1, 2, 3 e 4. Considere os seguintes componentes do metabolis- mo energético: citocromos, ATP sintase e enzimas do ciclo de Krebs. Estes componentes estão situados nas estruturas mitocondriais codificadas, respectivamente, pelos números: (A) 1, 2 e 4 (B) 3, 3 e 2 (C) 4, 2 e 1 (D) 4, 4 e 1 04. A levedura Saccharomyces cerevisiae pode obter energia na ausência de oxigênio, de acordo com a equação: C6H12O6 →→→→→ 2CO2 + 2 CH3CH2OH + 2 ATP Produtos desse processo são utilizados na indústria de alimentos e bebidas. Esse processo ocorre __________ da levedura e seus produtos são utiliza- dos na produção de __________. As lacunas dessa frase devem ser preenchidas por: (A) nas mitocôndrias; cerveja e vinagre. (B) nas mitocôndrias; cerveja e pão. (C) no citosol; cerveja e pão. (D) no citosol; iogurte e vinagre. (E) no citosol e nas mitocôndrias; cerveja e iogurte. 581 05. Durante a atividade física, o glicogênio muscular é catabolizado, formando moléculas de glicoses que, pela respiração celular, serão quebradas em CO2 e H2O com consequente liberação de energia na forma de ATP. Po- rém, quando o exercício físico se torna muito exaustivo e/ou vigoroso, a quebra da glicose não acontece total- mente. Disponível em: http://globoesporte.globo.com/atletismo/ corrida-de-rua/noticia/2011/09/glicogenio-muscular.html. Acesso: 20 out. 2017 (adaptado). Nessa condição, a degradação completa da glicose fica impedida porque o ambiente celular apresenta limitações na quantidade de (A) ATP. (B) água. (C) oxigênio. (D) gás carbônico. 06. A maioria dos seres vivos obtém energia necessária para a realização de seus processos vitais por meio da quebra da molécula de glicose. A energia liberada resultante dessa degradação é tão grande que mata- ria a célula se fosse realizada de uma única vez. Essa degradação ocorre em etapas denominadas (A) glicólise, ciclo do ácido cítrico e cadeia respira- tória. (B) cadeia respiratória, ciclo do ácido cítrico e glicose. (C) glicogênese, glicólise e ciclo do ácido cítrico. (D) glicose, glicogênese e cadeia respiratória. (E) ciclo do ácido cítrico, glicose e glicólise. 07. Durante as fases da respiração celular aeróbia, a pro- dução de CO2 e água, ocorre, respectivamente, (A) na glicólise e no ciclo de Krebs. (B) no ciclo de Krebs e na cadeia respiratória. (C) na fosforilação oxidativa e na cadeia respiratória. (D) no ciclo de Krebs e na fermentação. (E) na glicólise e na cadeia respiratória. 08. A glicose é a principal fonte de energia utilizada pelas células. O caminho realizado pela glicose, desde a sua entra- da nas células até a produção de ATP, envolve uma série de reações químicas, que geram diferentes in- termediários e diferentes produtos. Considere a seguinte rota metabólica. Os números I, II e III podem representar, respectiva- mente, os processos, (A) Glicólise, Ciclo de Krebs e Fosforilação Oxidativa. (B) Glicogênese, Ciclo de Calvin e Fotofosforilação. (C) Glicólise, Ciclo de Pentoses e Ciclo de Krebs. (D) Ciclo de Krebs, Ciclo de Calvin e Fosforilação Oxidativa. (E) Glicogênese, Ciclo de Krebs e Fotofosforilação. 01. O ciclo de Krebs, que ocorre no interior das mitocôndrias, é um conjunto de reações químicas aeróbias fundamental no processo de produção de energia para a célula eucarionte. Ele pode ser repre- sentado pelo seguinte esquema: Admita um ciclo de Krebs que, após a entrada de uma única molécula de acetil-CoA, ocorra normalmente até a etapa de produção do fumarato. Ao final da passagem dos produtos desse ciclo pela cadeia respiratória, a quantidade total de energia pro- duzida, expressa em adenosinas trifosfato (ATP), será igual a: (A) 3 (B) 4 (C) 9 (D) 12 02. As concentrações de ATP / ADP regulam a velocida- de de transporte de elétrons pela cadeia respiratória; em concentrações altas de ATP a velocidade é redu- zida, mas aumenta se os níveis de ATP baixam. Na presença de inibidores da respiração, como o cianeto, a passagem de elétrons através da cadeia respiratória é bloqueada. Na presença de desacopladores da fosforilação oxidativa, como o dinitrofenol, a síntese de ATP a par- tir do ADP diminui, mas o funcionamento da cadeia respiratória não é diretamente afetado pelo desacoplador. O gráfico a seguir mostra o consumo de oxigênio de quatro porções, numeradas de 1 a 4, de uma mesma preparação de mitocôndrias em condições ideais. A uma delas foi adicionado um inibidor da cadeia e, a outra, um desacoplador. A de número 2 é um controle que não recebeu nenhuma adição e, à alíquota res- tante, pode ou não ter sido adicionado um inibidor ou um desacoplador. 582 As porções da preparação de mitocôndrias que con- têm um inibidor da cadeia respiratória e um desacoplador são, respectivamente, as de números: (A) 1 e 4 (B) 1 e 3 (C) 3 e 4 (D) 4 e 1 03. Observe o esquema a seguir, que representa uma mitocôndria de uma célula hepática. Os números correspondentes à estrutura ou compar- timento mitocondrial onde se localizam a enzima ATP sintase, os ribossomas, e as enzimas que geram CO2 são, respectivamente: (A) 5, 1, 2 (B) 4, 5, 3 (C) 3, 2, 2 (D) 2, 1, 5 04. Analise o esquema, a seguir, que representa as três etapas de um processo metabólico energético. Sobre esse processo metabólico, é correto afirmar que (A) as plantas realizam as etapas II e III, mas não realizam a I. (B) a maior produção de ocorrerá na fosforilação oxidativa. (C) a etapa I é comum aos metabolismos de respi- ração anaeróbia e aeróbia. (D) os procariotos, por não apresentarem mitocôndrias, não realizam a etapa III. 05. Leia o texto a seguir: A espuma da cerveja A cerveja é produzida a partir da fermentação de cereais, principalmente da cevada maltada. Acredita-se que tenha sido uma das primeiras bebidas alcoólicas cri- adas pelo homem. Atualmente, é a terceira bebida mais consumida no mundo, logo depois da água e do chá. A espuma da cerveja, também chamada de colarinho ou creme, tem um papel fundamental na apreciação ade- quada da bebida, começando pelo visual: a espuma deve ser consistente e formada por bolhas pequenas. Ela pro- tege o líquido de entrar em contato com o ar, o que evita, principalmente, que o oxigênio do ar cause oxidação da cerveja (deixando com um sabor desagradável). Além disso, também evita que a cerveja esquente e que os compostos aromáticos volatilizem rapidamente, o que ajuda a reter os aromas durante toda a degustação. Adaptado de: <http://blog.haveanicebeer.com.br/cerveja-for- dummies/o-mito-do-colarinho/>. Sobre a ação biológica que ocorre na formação da cerveja, analise as afirmativas a seguir: I. A fermentação dos cereais utilizados ocorre por ação bacteriana. II. A espuma ou colarinho da cerveja é formada pela liberação de gás carbônico resultante da respiração do microrganismo. III. A degradação dos açúcares presentes resulta na formação de oxigênio e de álcool. IV. O microrganismo envolvido é certamente unicelular. Das afirmativas acima, são CORRETAS. (A) Apenas I, II e IV. (B) Apenas I e II. (C) Apenas II e IV. (D) Apenas III, IV. (E) Apenas I e III. 06. Profundamente relacionado à história e à cultura de diferentes povos, o vinho é uma das bebidas alcoóli- cas mais antigas do mundo. Sobre sua fermentação, fase do processo produtivo em que o suco de uva se transforma em bebida alcoólica, é correto afirmar que (A) é um processo que compreende um conjunto de reações enzimáticas, no qual ocorre a libe- ração de energia, por meio da participação do oxigênio. (B) diferentemente do que acontece na respiração, a glicose é a molécula primordialmente utiliza- da como ponto de partida para a realização do processo de fermentação. (C) o vinho é produzido por bactérias denominadas leveduras que, por meio da fermentação alcoó- lica, produzem o álcool dessa bebida. 583 (D) embora pequena quantidade da energiaconti- da na molécula de glicose seja disponibilizada (apenas 2 ATP), a fermentação é fundamental para que os microrganismos realizem suas ati- vidades vitais. 07. Sobre a respiração celular, é correto afirmar que (A) a glicólise consiste em uma série de reações químicas na qual uma molécula de glicose re- sulta em duas moléculas de ácido pirúvico ou piruvato. (B) a glicólise é uma etapa aeróbica da respiração que ocorre no citosol e que, na ausência de oxi- gênio, produz etanol. (C) o ciclo do ácido cítrico é a etapa da respiração celular aeróbica que produz maior quantidade de ATP. (D) o ciclo do ácido cítrico ocorre na membrana in- terna da mitocôndria e tem como produto a libe- ração de CO2. (E) a fosforilação oxidativa ocorre na matriz mitocondrial, utilizando o oxigênio para a pro- dução de H2O e CO2. 08. A glicólise inicia o metabolismo da glicose e produz duas moléculas de piruvato. Sobre essa rota metabó- lica, analise as afirmações abaixo. I. Um dos produtos da glicólise é adenosina trifosfato (ATP). II. A glicólise é uma rota metabólica exclusiva de or- ganismos eucariontes. III. A glicólise reduz duas moléculas de NAD+ para cada molécula de glicose processada. Está correto o que se afirma em: (A) apenas I. (B) apenas II. (C) apenas I e III. (D) apenas II e III. (E) I, II e III. 09. Um importante fenômeno na obtenção de energia é o Ciclo de Krebs, também denominado de ciclo do áci- do cítrico ou ciclo dos ácidos tricarboxílicos. Com relação a este ciclo, analise as proposições. I. O ácido pirúvico no início do ciclo provém da que- bra da molécula de glicose (glicólise). II. Este ciclo ocorre no citoplasma tanto das células de organismos procariontes quanto nas dos eucariontes. III. O aceptor final dos hidrogênios liberados neste ciclo, quando realizado na respiração aeróbica, é o oxigênio. IV. Nas células musculares este ciclo pode ocorrer tanto no interior das mitocôndrias como no citoplasma da célula. Assinale a alternativa correta. (A) Somente as alternativas I e III são verdadeiras. (B) Somente as alternativas I e II são verdadeiras. (C) Somente as alternativas II e III são verdadeiras. (D) Somente as alternativas II e IV são verdadeiras. (E) Somente as alternativas III e IV são verdadeiras. 10. No processo de respiração celular o gás oxigênio atua como agente oxidante de moléculas orgânicas. As afirmativas a seguir são relacionadas a esse proces- so. I. Os produtos finais da respiração celular são molé- culas de gás carbônico e moléculas de água. II. A degradação da glicose na respiração celular ocor- re em três etapas metabólicas (glicólise, ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa). III. O saldo energético líquido da primeira etapa da respiração celular é de dois ATP por moléculas de glicose. IV. O oxigênio é necessário em todas as três etapas metabólicas da respiração celular. V. Nas células eucarióticas, o ciclo de Krebs, uma das etapas metabólicas da respiração celular, ocorre no citosol. São CORRETAS as afirmativas: (A) I, III e V. (B) II, IV e V. (C) I, II e III. (D) I, II e IV. (E) I, II, III e V. 11. Assinale a alternativa correta quanto à respiração ce- lular. (A) Uma das etapas da respiração celular aeróbia é a glicólise, ocorre na matriz mitocondrial e pro- duz Acetil-CoA. (B) A respiração celular aeróbia é um mecanismo de quebra de glicose na presença de oxigênio, produzindo gás carbônico, água e energia. (C) O Ciclo de Krebs é uma das etapas da respira- ção celular, ocorre no citoplasma da célula e produz duas moléculas de ácido pirúvico. (D) A etapa final da respiração celular é a glicólise, ocorre na membrana interna da mitocôndria e produz três moléculas de NAD.2H, uma molé- cula de FAD.2H e uma molécula de ATP. (E) A cadeia respiratória é a etapa final da respira- ção celular, ocorre no citoplasma da célula, pro- duzindo glicose e oxigênio. 584 12. Considere a figura abaixo, a qual representa, de forma esquemática, um importante processo da fisiologia celular. As três etapas desse processo estão destaca- das nos retângulos de cor laranja. Com base na análi- se da figura, assinale a única afirmativa verdadeira. (A) As etapas 1, 2 e 3 representam as etapas da respiração celular denominadas, respectivamen- te, Glicólise, Ciclo de Calvin e Cadeia transpor- tadora de elétrons (ou cadeia respiratória). (B) As etapas 1, 2 e 3 representam as etapas da fotossíntese denominadas, respectivamente, Glicólise, Ciclo de Calvin e Cadeia transporta- dora de elétrons. (C) Durante o processo, a energia contida em mo- léculas orgânicas é liberada pouco a pouco e parte dessa energia é armazenada na forma de ATP. (D) As etapas 1 e 2 ocorrem, respectivamente, no citoplasma das células e no estroma. (E) A etapa 3 ocorre nas membranas dos tilacoides. 13. A produção de adenosina trifosfato (ATP) nas células eucarióticas animais acontece, essencialmente, nas cristas mitocondriais, em função de uma cadeia de proteínas transportadoras de elétrons, a cadeia res- piratória. O número de moléculas de ATP produzidas nas mitocôndrias é diretamente proporcional ao número de moléculas de (A) glicose e gás oxigênio que atravessam as mem- branas mitocondriais. (B) gás oxigênio consumido no ciclo de Krebs, eta- pa anterior à cadeia respiratória. (C) glicose oxidada no citoplasma celular, na etapa da glicólise. (D) gás carbônico produzido na cadeia transporta- dora de elétrons. (E) água produzida a partir do consumo de gás oxi- gênio. 14. A lei 7678 de 1988 define que "vinho é a bebida obti- da pela fermentação alcoólica do mosto simples de uva sã, fresca e madura". Na produção de vinho, são utilizadas leveduras anaeróbicas facultativas. Os pe- quenos produtores adicionam essas leveduras ao mosto (uvas esmagadas, suco e cascas) com os tan- ques abertos, para que elas se reproduzam mais ra- pidamente. Posteriormente, os tanques são hermeti- camente fechados. Nessas condições, pode-se afir- mar, corretamente, que (A) o vinho se forma somente após o fechamento dos tanques, pois, na fase anterior, os produtos da ação das leveduras são a água e o gás carbônico. (B) o vinho começa a ser formado já com os tan- ques abertos, pois o produto da ação das leve- duras, nessa fase, é utilizado depois como substrato para a fermentação. (C) a fermentação ocorre principalmente durante a reprodução das leveduras, pois esses organis- mos necessitam de grande aporte de energia para sua multiplicação. (D) a fermentação só é possível se, antes, houver um processo de respiração aeróbica que forne- ça energia para as etapas posteriores, que são anaeróbicas. (E) o vinho se forma somente quando os tanques voltam a ser abertos, após a fermentação se completar, para que as leveduras realizem res- piração aeróbica. 15. Observe atentamente o esquema a seguir. Com base no esquema e em seus conhecimentos sobre o assunto, assinale a alternativa INCORRETA. (A) Glicose e ácidos graxos são substratos impor- tantes para iniciar as vias das reações químicas que acontecem dentro das mitocôndrias, porém a glicose não entra dentro dessa organela. (B) A cadeia respiratória, que ocorre nas mitocôndrias, depende de oxigênio para produ- ção de ATP e água, representada por B. (C) O Ciclo de Krebs é uma etapa comum para a oxidação completa de carboidratos e de lipídeos como os triglicerídeos ou fosfolipídios represen- tados por A. (D) A oxidação de componentes orgânicos para a produção de NADH2 não ocorre fora da matriz mitocondrial. 585 01. Na fosforilação oxidativa, a passagem de elétrons atra- vés da cadeia respiratória mitocondrial libera a ener- gia utilizada no bombeamento de prótons da matriz para o espaço entre as duas membranas da mitocôndria. O gradiente de prótons formado na mem- brana interna, por sua vez, é a fonte de energia para a formação de ATP, por fosforilação do ADP. Algumas substâncias tóxicas, como o dinitrofenol (DNF), podem desfazer o gradiente de prótons, sem interferirem no fluxo de elétrons ao longo da cadeia respiratória. Em um experimento, uma preparação de mitocôndriasfoi incubada com substrato, O2, ADP e fosfato, manti- dos em concentrações elevadas durante todo o tem- po considerado. Após alguns minutos de incubação, adicionou-se ao meio a droga DNF. Observe os gráficos a seguir: Indique o gráfico que representa a variação do quoci- ente Q durante o tempo de incubação no experimen- to realizado. Justifique sua resposta. 02. Em um experimento, foram removidas as membra- nas externas de uma amostra de mitocôndrias. Em seguida, essas mitocôndrias foram colocadas em um meio nutritivo que permitia a respiração celular. Uma das curvas do gráfico a seguir representa a variação de pH desse meio nutritivo em função do tempo de incubação. Observe: Identifique a curva que representa a variação de pH do meio nutritivo no experimento realizado. Justifique sua resposta. 03. A concentração de lactato no sangue de uma pessoa foi medida em três diferentes momentos: 1) antes do início de um intenso exercício muscular; 2) ao final desse exercício; 3) algumas horas após seu final. Os resultados obtidos estão representados no gráfico. Explique o aumento da concentração de lactato san- guíneo observado e justifique a importância de sua produção para que as reações químicas da glicólise não sejam interrompidas. ............................................................................................... ....................................................................................................... .................................................................................................. ............................................................................................... ....................................................................................................... .................................................................................................. ............................................................................................... ....................................................................................................... .................................................................................................. ............................................................................................... ....................................................................................................... ................................................................................................ 586 << /ASCII85EncodePages false /AllowTransparency false /AutoPositionEPSFiles true /AutoRotatePages /All /Binding /Left /CalGrayProfile (Dot Gain 20%) /CalRGBProfile (sRGB IEC61966-2.1) /CalCMYKProfile (U.S. Web Coated \050SWOP\051 v2) /sRGBProfile (sRGB IEC61966-2.1) /CannotEmbedFontPolicy /Warning /CompatibilityLevel 1.4 /CompressObjects /Tags /CompressPages true /ConvertImagesToIndexed true /PassThroughJPEGImages true /CreateJDFFile false /CreateJobTicket false /DefaultRenderingIntent /Default /DetectBlends true /DetectCurves 0.0000 /ColorConversionStrategy /LeaveColorUnchanged /DoThumbnails 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