Respiração Celular e Metabolismo

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UNIATENEU 
Disciplina: Bioquímica
Professor: Dr. Ed Carlos Morais 
Wenara Gonçalves torres 
TD 7: Respiração celular
Fortaleza-Ce 
2020
01. Porque as células precisam realizar trabalho? Quais os tipos de trabalho uma célula executa? Exemplifique. 
R: As células e os organismos precisam realizar trabalho para permanecerem vivos e se reproduzirem. A energia metabólica necessária para a realização desse trabalho é oriunda da oxidação de combustíveis, gerados no ciclo do carbono, por meio de processos capazes de Inter converter diferentes formas de energia. 
02. O que estuda a Bioenergética? A que área do conhecimento está ligada?
R: Na Bioquímica, a Bioenergética seria o estudo quantitativo da transdução de energia que ocorre em células vivas e da Natureza e também a função dos processos químicos que fundamentam essas transduções. A bioenergética está relacionada com processos catabólicos. 
03. Conceitue Metabolismo e sua função. 
R: Metabolismo designa toda reação bioquímica que acontece no interior de uma célula e do nosso corpo. Essas reações podem estar relacionadas com a síntese de compostos orgânicos ou sua quebra para fabricar ATP e são todas coordenadas por enzimas. Percebe-se, portanto, que o metabolismo é fundamental para a manutenção de todas as atividades do nosso organismo.
 04. Quais são as fases do metabolismo? Defina cada uma delas.
R: O metabolismo pode ser dividido em duas fases, o catabolismo e o anabolismo. Anabolismo é a fase do metabolismo concernente as reações de biossíntese, e o catabolismo é a fase do metabolismo em que ocorre a degradação pelo organismo das macromoléculas. 
05. Porque se diz que o catabolismo é convergente e o metabolismo é divergente?
R: As vias catabólicas são consideradas convergentes porque as reações catabólicas têm como finalidade capturar energia química obtida na degradação de moléculas de energia, formando ATP. As vias anabólicas são consideradas divergentes porque suas reações reúnem moléculas pequenas para formação de moléculas complexas. Elas necessitam de energia que é fornecida na quebra da molécula de ATP e Pi.
06. O que é a respiração celular? 
R: Respiração celular é o processo de conversão das ligações químicas de moléculas ricas em energia que poderão ser usadas nos processos vitais.
07. Por que os organismos vivos necessitam realizar algum tipo de respiração? 
R: Na respiração, ocorre a liberação de dióxido de carbono, energia e água e o consumo de oxigênio e glicose, ou outra substância orgânica, tal como lipídios.
08. Quais os dois tipos de processos respiratórios que existem? Defina-os.
R: Respiração anaeróbia (sem utilização de oxigênio) e respiração aeróbia (com utilização de oxigênio).
09. A respiração anaeróbica pode ser de dois tipos. Quais são? Defina-os. 
Anaeróbios obrigatórios, que são prejudicados pela presença de oxigênio. Anaeróbios facultativos, que podem crescer sem oxigênio, mas utilizam o oxigênio se ele estiver presente. 
10.Com relação à respiração anaeróbica, responda:
a)Quais os produtos finais da respiração anaeróbica?
R:A energia, que é o produto final dessas reações, é proveniente da molécula de ATP, adenosina trifosfato.
 b) Quantas moléculas de ATP são produzidas?
 E qual o saldo em ATP? A respiração anaeróbica corresponde apenas à etapa da glicólise, portanto seu saldo energético é de apenas 2 ATP (por molécula de glicose).
c) Quais os principais organismos vivos, que utilizam a respiração anaeróbica, são utilizados pela indústria? Quais os respectivos produtos obtidos?
R: Organismos como fungos e bactérias, por exemplo, realizam a respiração na falta do oxigênio, e são sim muito utilizados na indústria, Com relação à indústria alimentícia, muitos fungos são comestíveis e utilizados na alimentação humana, como é o caso dos cogumelos (champignon e shitake). Além disso, podem ser utilizados na fabricação de alimentos, como o queijo e o pão, e de bebidas alcoólicas, como o vinho e a cerveja. Como também as bactérias.
11.Qual a principal vantagem da respiração aeróbica em relação à respiração anaeróbica? 
R:Ambos os processos partem de uma molécula de glicose para a formação do ATP, só que a respiração aeróbica utiliza oxigênio como aceptor final de elétrons e a fermentação (respiração anaeróbica) utiliza-se de outros processos. A principal diferença energética é a quantidade de moléculas de ATP formada em ambos os processos - a respiração forma de 36 a 38 moléculas de ATP por molécula de glicose utilizada enquanto as fermentações produzem 2 moléculas de ATP apenas.
12.O que é o ATP? Que unidades formam o ATP? Qual a sua função?
 R: ATP é uma sigla usada para indicar a molécula de adenosina trifosfato (Adenosine TriPhosphate). Essa molécula constitui a principal forma de energia química, uma vez que sua hidrólise é altamente exergônica. Isso quer dizer que, ao sofrer o processo de hidrólise (cisão por ação da água), essa molécula libera grande quantidade de energia livre. A molécula de ATP é formada por uma base nitrogenada adenina, uma ribose e por três grupos fosfato. A adenina ligada à ribose é chamada de adenosina. Quando a adenosina está ligada a apenas dois grupos fosfato, temos a adenosina difosfato (ADP) e, quando está ligada a um grupo fosfato, constitui a adenosina monofosfato (AMP). A molécula de ATP é fundamental para a célula, pois fornece a energia livre de que essas células necessitam para realizar suas atividades. Sendo assim, essa molécula é responsável por garantir a manutenção da homeostase celular, permitindo a realização dos diversos processos fundamentais para o seu funcionamento. Vale salientar que o papel do ATP não é apenas funcionar como uma moeda de energia, pois também é capaz de doar um grupo fosfato para outras moléculas (fosforilar).
13.Quais são as coenzimas produzidas e utilizadas durante a obtenção de energia celular?
R: Químicas de moléculas de glicose, e parte dessa energia é utilizada para que a energia seja liberada durante a respiração celular fica, por tanto um gasto inicial de energia.
14.Em que compartimentos celulares ocorrem os processos abaixo e indique o saldo de ATP e coenzimas de cada:
 a) Glicólise: Essa etapa metabólica acontece no citoplasma 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 piruvatos.
b) Ciclo de Krebs: Ocorre dentro da mitocôndria. A partir dessa etapa todo o resultado deve ser dobrado (duplicado), essa consideração é consequente 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. 
c) Cadeia respiratória: Também ocorre dentro 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.
15.Descreva as reações que ocorrem em cada processo de produção de ATP do item anterior.
 Glicólise: A glicose (C6H12O6) é quebrada em duas moléculas menores de ácido pirúvico ou piruvato (C3H4O3). Acontece em diversas etapas oxidativas envolvendo enzimas livres no citoplasma e moléculas de NAD, que fazem a desidrogenação das moléculas, ou seja, retiram os hidrogênios a partir dos quais serão doados os elétrons para a cadeia respiratória.
 Cliclo de Krebs: Nessa etapa cada piruvato ou ácido pirúvico, originado na etapa anterior, entra na mitocôndria e passa por uma série de reações que resultarão na formação de mais moléculas de ATP. Antes mesmo de iniciar o ciclo, ainda no citoplasma, o piruvato perde um carbono (descarboxilação) e um hidrogênio (desidrogenação) formando o grupo acetil [CH3−C(=O)−] e se une à coenzima A, formando acetil CoA. Na mitocôndria, a acetil CoA se integra em um ciclo de reações oxidativas que irão transformar os carbonos presentes nas moléculas envolvidas em CO2(transportado pelo sangue e eliminado na respiração). Através dessas sucessivas descarboxilações das moléculas seráliberada energia (incorporada nas moléculas de ATP) e haverá transferência de elétrons (carregados por moléculas intermediárias) para a cadeia transportadora de elétrons.
 Cadeia respiratória: Essa última etapa metabólica, chamada de fosforilação oxidativa ou cadeia respiratória, é responsável pela maior parte da energia produzida ao longo do processo. Há transferência de elétrons provenientes dos hidrogênios, que foram retirados das substâncias participantes nas etapas anteriores. Com isso, são formadas moléculas de água e de ATP. Há muitas moléculas intermediárias presentes na membrana interna de células (procariontes) e na crista mitocondrial (eucariontes) que participam nesse processo de transferência e formam a cadeia de transporte de elétrons. Essas moléculas intermediárias são proteínas complexas, tais como o NAD, os citocromos, a coenzima Q ou ubiquinona, entre outras. 
16.Explique as fases, preparatória e de pagamento da glicólise indicando a produção ou consumo de ATP e coenzimas de cada fase.
 R: Dependendo do organismo e do tipo de célula, a respiração celular pode acontecer na presença do oxigênio (aeróbicos) ou completa ausência (anaeróbicos) e assim a glicólise produzirá substâncias diferentes. Na respiração aeróbica é originado o piruvato que entra no ciclo de Krebs, enquanto na respiração anaeróbica, a glicose origina o lactato ou o etanol que participam, respectivamente, da fermentação lática ou alcoólica. A glicose é quebrada ao longo de dez reações químicas que geram duas moléculas de ATP como saldo. Apesar de ser pouca a energia produzida nessa etapa, há substâncias geradas que serão importantes nas etapas seguintes da respiração. Inicialmente a molécula de glicose precisa ser ativada, para isso são gastas duas moléculas de ATP e a glicose recebe fosfatos (provenientes do ATP) formando glicose 6-fosfato. Em seguida esse composto sofre mudanças na sua estrutura, originando frutose 6-fosfato e frutose 1,6 bifosfato. Com essas alterações as substâncias são mais facilmente quebradas em moléculas menores. Depois, acontece uma nova fosforilação (entrada de fosfato na molécula) e desidrogenação (hidrogênios são retirados) das substâncias produzidas, com a participação da molécula NAD (nicotinamida adenina). Os hidrogênios doam elétrons para a cadeia respiratória, a molécula de NAD (nicotinamida adenina) é a responsável por transportá-los, na forma de NADH, sendo uma aceptora de elétrons. Por fim, novo rearranjo acontece nas moléculas até a formação de piruvato que seguirá para as etapas seguintes da respiração celular.
 17.Quais os possíveis destinos do piruvato obtido na glicólise? 
R: A glicose é parcialmente oxidada, na glicólise, as duas moléculas de piruvato gerando ATP através da fosforilação e NADH. Após a degradação da glicose as moléculas de piruvato entram no ciclo de Krebs dando continuidade a segunda parte da degradação da glicose.
18.Porque no músculo em exercício ocorre a respiração anaeróbica? Qual a consequência desse processo? 
R: Durante a atividade motora (contrações musculares) em condições anaeróbias, inicialmente as células catabolizam parcialmente a molécula de glicose (não aproveitando todo o potencial energético deste monossacarídeo), processada em duas moléculas de ácido pirúvico, fornecendo uma quantidade pequena de Adenosina Trifosfato (2 moléculas de ATP), produzindo também duas moléculas de NADH2 (enzima aceptora de hidrogênio). Em continuidade ao processo catabólico, cada ácido pirúvico em reação com as moléculas de NADH2, dão origem a duas moléculas de ácido lático, restituindo as enzimas e liberando mais 06 moléculas de ATP para o funcionamento celular. Naturalmente, por meio do mecanismo aeróbio, são produzidas 38 moléculas de ATP. Contudo, por meio do mecanismo anaeróbio, são ofertadas apenas 08 moléculas de ATP. Porém, a desvantagem anaeróbia em relação à aeróbia, consiste não somente a quantidade de ATP, mas aos efeitos fisiológicos causados. Em decorrência a extensos períodos de atividade fermentativa (exercícios físicos prolongados), as células musculares passam a conter uma concentração muito elevada de ácido lático, prejudicando o funcionamento da célula. Entre os efeitos provocados em defesa do metabolismo, o organismo passa a sentir dor e fadiga muscular, causada por uma contração arrítmica (gradativa ou repentina) atuando com sinal de alerta, induzindo o fim da atividade para repouso e restabelecimento da capacidade fisiológica do órgão. Isso ocorre à medida com que o excesso de ácido lático se difunde para o fígado, onde é convertido em ácido pirúvico e posteriormente em glicose armazenada na forma de glicogênio, sendo a conversão denominada de gliconeogênese.
 19.O que é acidose láctica? Quais patologias dão origem essa acidose? Como a acidose pode ser utilizada para monitorar a recuperação de pacientes? 
R: A acidose láctica é acidose metabólica com um intervalo de ânions alto devido ao lactato elevado no sangue. Algumas condições médicas são fatores de risco para a acidose láctica: distúrbios renais e pulmonares, doenças do fígado ou do coração, diabetes, câncer, síndrome da imunodeficiência adquirida, certas doenças genéticas e o uso de alguns medicamentos. O exame de lactato é pedido principalmente para ajudar a determinar se o indivíduo apresenta acidose láctea, alto nível de lactato no sangue. O lactato é um produto do metabolismo celular. Dependendo do pH, pode estar presente na forma de ácido láctico.
20.Escreva todas as equações da respiração aeróbica e com elas monte a equação geral.
 Glicólise: 4 ATP + 2 NADH – 2 ATP → 2 ATP + 2 NADH 
Ciclo de Krebs: 2 x (4 NADH + 1 FADH2 + 1 ATP) → 8 NADH + 2 FADH2 + 2 ATP
 Cadeia respiratória: 2 NADH da glicólise → 6 ATP 8 NADH do ciclo de Krebs → 24 ATP 34 ATP 2 FADH2 do ciclo de Krebs → 4 ATP
Equação geral da respiração aeróbia:
 C6H12O6 (glicose) + 6O2 ↔ 6CO2 + 6H2O + 38 ATP (energia)
21.Porque não evoluímos para um sistema de armazenamento de oxigênio?
R: Pois com isso foi encontrado uma evolução com mais facilidades entre as trocas gasosas.
22.Como, durante o processo evolutivo, foi resolvido o problema da captação de oxigênio para respiração animal?
R: Evolução de trocas gasosas.
23.Quais as etapas do sistema respiratório? Com quais outros sistemas ele se relaciona?
R: O sistema respiratório funciona garantindo a entrada e saída de ar do nosso corpo. O ar inicialmente entra pelas fossas nasais onde é umedecido, aquecido e filtrado. Ele então segue para a faringe, posteriormente para laringe e para a traqueia. A traqueia ramifica-se em dois brônquios dando acessos aos pulmões. O ar segue, então, dos brônquios para os bronquíolos e finalmente chega aos alvéolos pulmonares. Se relaciona com praticamente quase todos os outros sistemas, como o circulatório, digestório, nervoso, muscular.
24.Qual a relação entre o sistema respiratório, a altitude e a pressão atmosférica?
R: Em grandes altitudes, ocorre redução da pressão atmosfera e, consequentemente, a difusão de oxigênio do ar para o sangue fica mais lento. O organismo humano apresenta reações compensatórias, como o aumento no número de hemácias, o que aumenta o poder de captação e distribuição de oxigênio do sangue. Entretanto, essa reação não é imediata, demandando entre 3 e 4 semanas para um aumento significativo no número de hemácias.
25.O que é a hipóxia tissular? Quais os sintomas da hipóxia tissular?
R: A hipóxia é uma situação que ocorre quando a quantidade de oxigênio transportada para os tecidos do corpo é insuficiente, causando sintomas como dor de cabeça, sonolência, suor frio, dedos e boca arroxeados e até desmaios.
26.Onde ocorre a integração entre o sistema respiratório e o sistema circulatório? O que esses sistemas têm em comum?
 O sistema cardiovascular inclui dois circuitos: - o pulmonar, que se inicia no ventrículo direito e impulsiona o sangue venoso, para a artéria pulmonar, na direção dos pulmões, local onde se dá a hematose. Depois, o sangue arterial regressa ao coração, pelas veias pulmonares, entrando pela aurículaesquerda. - o sistémico, que se inicia no ventrículo esquerdo, impulsiona o sangue para a artéria aorta e, através de várias ramificações, conduz o sangue para todo o corpo. Depois, o sangue, vindo da veia cava superior, que recolhe o sangue da cabeça, dos braços e do peito, e da veia cava inferior, que recolhe o sangue do resto do corpo, entra no coração, através da aurícula direita. As artérias coronárias, que irrigam o próprio músculo cardíaco, saem da artéria aorta e circundam a parte externa do coração, ramificando-se em arteríolas e estas, por sua vez, em capilares. Esta rede de capilares coronários, junta-se dando origem a vénulas, as quais convergem, formando as veias cardíacas, que levam o sangue à aurícula direita. A pressão arterial - pressão que o sangue exerce contra as paredes das artérias - num adulto apresenta, normalmente, valores de 120 mm Hg e de 80 mm Hg para a pressão sistólica e diastólica respetivamente. A respiração é o conjunto das trocas gasosas que ocorrem entre o ar e o sangue (oxigénio por dióxido de carbono), ao nível dos pulmões. Esta dá-se porque as células necessitam de oxigénio para os processos de oxidação que nelas tem lugar.
27.Defina hematose:
 R: Hematose é a troca de gás carbônico por gás oxigênio nos alvéolos pulmonares. A hematose é o processo de trocas gasosas que ocorre nos capilares sanguíneos dos alvéolos pulmonares através da difusão de gases: oxigênio e dióxido de carbono.
28.Qual o papel da hemoglobina? Como ela é constituída?
 A hemoglobina é uma proteína encontrada no interior dos eritrócitos que possui como função principal o transporte de gases pelo nosso corpo, e também é responsável pela coloração vermelha do sangue. A hemoglobina é uma proteína com estrutura quaternária formada por quatro subunidades. Cada subunidade é formada por uma porção proteica (globina) e um grupo prostético (heme). Existem diferentes tipos de globinas, sendo a hemoglobina formada por duas globinas alfa e duas globinas não alfa.
29.Descreva a afinidade da hemoglobina por O2 e CO2 nos alvéolos.
R: O O2 oferecido pelos alvéolos é captado pela hemoglobina, que, assim, se converte de seu estado reduzido para a forma oxigenada (oxidada). A oxi-hemoglobina é um ácido mais forte que a hemoglobina reduzida; passa a neutralizar radicais alcalinos antes neutralizados por outros ânions (Cl-, HCO3-) presentes nos eritrócitos.
30.Descreva a afinidade da hemoglobina por O2 e CO2 nos tecidos.
R: Nos tecidos, essa relação inverte-se completamente, o CO2 produzido pela engenharia metabólica dos diferentes tecidos reage com o sangue contido nos capilares sistêmicos, sendo transportados até os pulmões principalmente na forma de bicarbonato de sódio, onde se difunde para alvéolos pulmonares; o O2 presente no ar alveolar interage com a hemoglobina, após atravessar a membrana alvéolo-capilar, sendo transportado até a intimidade dos tecidos sistêmicos. Os tecidos requerem uma pressão de oxigênio surpreendentemente pequena para manter funcionando adequadamente suas mitocôndrias. Uma pressão de 5 mmHg no citoplasma, e de apenas 1 mmHg na mitocôndria é mais do que suficiente para que as mitocôndrias trabalhem a plena carga.