Cap. 11 - Metabolismo Energético

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Metabolismo Energético
As funções vitais dependem de energia para sua realização, sem energia não há como existir vida.
O ramo da bioquímica que estuda a energia é chamado “Bioenergética”. Esse ramo estua como a energia é obtida e como é utilizada pelas células na manutenção da vida.
A bioenergética está relacionada ao assunto que já estudamos ( biomoléculas ), uma vez que carboidratos, proteínas e lipídios são moléculas utilizáveis como fonte de energia pelas células.
Introdução
	Bioenergética – Segundo as leis físicas, a energia não pode ser criada nem eliminada, apenas transformadas. Sem ela não há realização de trabalho, se uma célula não tem energia perde suas funções vitais e morre.
	Várias são as fontes de energia, dentre elas se destacam, nas células o ATP, os carboidratos e os lipídios, elas são degradadas pelas enzimas em reações denominadas vias ou rotas metabólicas.
	O metabolismo pode ser dividido em duas partes:
	Anabolismo – Anabolismo é a parte do metabolismo que se refere a complexação de substâncias em um organismo, ou seja, a partir de moléculas mais simples, são criadas moléculas mais complexas.
	Catabolismo – Chama – se catabolismo a parte do metabolismo que se refere a degradação, ou seja, quebra das moléculas para obtenção de energia que é liberada nesse processo.
	Nas reações químicas, os reagentes interagem uns com os outros e se transformam em produtos.
	As reações podem ser basicamente de dois tipos:
	Endotérmica (endergônicas) – Para essas reações acontecerem é necessário a absorção de energia.
	Exotérmicas (exergônicas) – São reações com muita energia e parte é liberada geralmente na forma de calor.
	Praticamente todas as reações químicas que ocorrem nas células possuem uma barreira de energia que separa os reagentes dos produtos. Esta recebe o nome de energia livre de ativação (Ea). (demonstração)
	As enzimas são catalizadores proteicos que aumentam a velocidade de uma reação química e não são consumidas durante a mesma.
	Então uma enzima poderá fazer com que uma reação bioquímica ocorra mais rapidamente.
Transportadores de Hidrogênio NAD+, NADP+, FAD
	As reações químicas em que ocorrem transferências de elétrons são conhecidas como reações de oxidorredução. O reagente que perde elétrons fica oxidado e o que ganha fica reduzido.
	Podemos dizer que a oxidação libera energia, enquanto que na redução ela é incorporada.
	
	Durante os processos de síntese e de degradação de substâncias orgânicas nas células, ocorrem reações químicas que liberam elétrons e átomos de hidrogênio.
	Estes são captados pelos transportadores de hidrogênio - NAD+, NADP+, FAD.
	NAD – Nicotinamida adenina dinucleotídeo.
	FAD – Flavina adenina dinucleotídeo.
	NADP – Nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato.
Fotossíntese
	Para manutenção da vida uma constante oferta de energia é requerida.
	A fotossíntese é o processo por meio do qual as plantas, seres autotróficos – seres que produzem seu próprio alimento – transformam energia luminosa em energia química, transformando o dióxido de carbono (CO2), água (H2O) e com o auxilio dos minerais, em compostos orgânicos e oxigênio gasoso (O2).
Luz e Pigmento Fotossintetizantes
	A luz só pode ser utilizada na fotossíntese graças a presença de pigmentos que são substâncias capazes de captar a energia luminosa.
	Para ocorrer a fotossíntese, é necessária a presença de clorofila, que é uma pigmento verde.
	Os principais tipos de clorofilas são:
	Clorofila a – ocorre nas cianobactérias e todos eucariotos fotossintetizantes.
	Clorofila b – ocorre em todas as plantas e nas algas verdes.
	Clorofila c – ocorre nas algas pardas e diatomáceas. 
Cloroplasto
Etapas da Fotossíntese
	Na fotossíntese, ocorre a conversão de reagentes de baixa energia (H2O e CO2) em produtos de alta energia (NADPH e ATP) a partir da energia solar.
	É costume dividir a fotossíntese em duas fases: a fase clara e a fase escura.
Fase Clara 
	A fase clara da fotossíntese é a responsável pela obtenção de energia química necessária para o processo de produção da glicose. Essa energia é representada pelo ATP e pelo NADPH.
	A fase clara da fotossíntese ocorre nas membranas dos tilacoides que formam um complexo de sistemas de captura de luz solar nos cloroplastos.
	Nas membranas dos tilacoides há estruturas especializadas na captura e conversão da energia luminosa em química, são os centros de reação, denominados Fotossistema I (PI) e Fotossistema II (PII). 
	O fotossistema I ocorre isoladamente apenas nas bactérias fotossintetizantes, enquanto a associação do fotossistema I e II ocorre nos demais organismos fotossintetizantes. (link) 
Representação da etapa clara da fotossíntese
	Os elétrons são excitados por fótons de luz tanto no PII quanto no PI. Os elétrons do PII serão transportados por transportadores localizados nas membranas dos tilacoides gerando um bombeamento de H+ que culminará na síntese de ATP. Os elétrons que deixaram o PII irão repor, no PI, o elétron removido pela luz e que irá terminar no NADP+ formando NADPH. O elétron do PII será reposto após a reação de fotólise da água, que libera como subproduto o oxigênio. 
	Dessa forma podemos ter:
	Fosforilação Cíclica – envolve só o PI e produz apenas ATP. Não libera O2 .
	Fosforilação Acíclica – envolve o PI quanto o PII e produz ATP e NADPH. Libera O2 com a fotólise (quebra) da molécula de água.
	Basicamente, a fase clara envolve dois processos distintos:
	Fotofosforilação – Em que o ADP é adicionado fosfato, formando ATP. Nesse processo a energia luminosa, captada pelos pigmentos presentes nas membranas dos tilacoides, é convertida em ATP, que será utilizado na fase escura.
	Fotólise da água – Quebra da molécula da água por meio da luz, liberando elétrons que irão repor o PII e os hidrogênios formaram NADPH, formando como subproduto O2.
Fase Escura 
	Nesta etapa do metabolismo dos organismos fotossintetizantes, as moléculas energéticas produzidas na fase clara (ATP e NADPH serão empregadas para fixação do gás carbônico.
	Essa etapa apesar de ser independente da luz, não irá ocorrer no escuro, pois necessita do ATP e do NADPH produzidos na fotofosforilação.
Ciclo de Calvin
	O ciclo de Calvin é a fase não luminosa da fotossíntese, que ocorre no estroma, massa amorfa do cloroplasto que envolve os tilacoides.
Quimiossíntese
	A quimiossíntese é um processo que a energia utilizada na formação de compostos orgânicos provém da oxidação de substâncias inorgânicas, e não da energia luminosa.
	A quimiossíntese é realizada por algumas bactérias que, por isso, são chamadas de bactérias quimiossintetizantes ou quimiolitoautótrofas.
Respiração Celular
Quando se fala em mecanismos intracelulares, a palavra respiração é empregada em todo processo de síntese de ATP que envolve a cadeia respiratória.
A organela responsável pelas etapas finais de respiração celular aeróbia nos eucariontes e pelos processos anaeróbios de obtenção de energia é a mitocôndria.
Mitocôndria
	São dois os tipos de respiração:
	Anaeróbia – O aceptor (substância que recebe) final de hidrogênio na cadeia respiratória não é o oxigênio, e sim outra substância, como o sulfato e o nitrato.
	Aeróbia – Em que o aceptor final de hidrogênios na cadeia respiratória é o oxigênio.
	A respiração aeróbia é realizada por muitos procariontes, protistas e fungos e pro plantas e animais.
	Pode – se considerar a respiração como um processo realizado em cinco mecanismos bioquímicos integrados: glicólise, formação e acetil-CoA, ciclo de Krebs, cadeia respiratória e fosforilação oxidativa.
	A glicólise não depende de oxigênio para ocorrer, mas as outras etapas, direta ou indiretamente, sim.
Glicólise
	Na glicólise, cada molécula de glicose é desdobrada em dois piruvatos (formados por três carbonos), com liberação de hidrogênio e energia, por meio de várias reações químicas.
	O hidrogênio combina – se com moléculas transportadoras de hidrogênio (NAD), formando NAD + H+
. A energia liberada é usada para a síntese de ATP, resultando, no final do processo, um saldo de 2 ATP.
	A glicólise também é conhecida como via glicolítica ou via de EbdenMeyerhof. Todos os seres vivos realizam, invariavelmente, a glicólise, seja em condições de aerobiose ou de anaerobiose.
Resumo da Glicólise ( link )
	A glicólise ocorre em uma sequência enzimática de dez reações, divididas em duas fases: a primeira ( fase de investimento ) vai até a formação de duas moléculas de gliceraldeído3fosfato, caracteriza – se como uma fase de gasto energético de 2 ATPs nas duas fosforilações que ocorrem nessa etapa.
	A segunda fase ( fase de pagamento ) caracteriza – se pela produção energética de 4 ATPs e 2 NADHs.
Fases da Glicólise
	A glicólise é composta de 10 reações enzimáticas. Essas 10 reações são divididas em duas fases ou etapas.
	A primeira fase da glicólise é uma fase de gasto energético, no qual os produtos formados são mais energéticos que a glicose. Esta é denominada Etapa preparatória ou de Investimento.
	A segunda fase resgata energia investida e libera parte da energia contida na molécula de glicose, sendo denominada Etapa de Pagamento.
Formação de acetil-CoA e Ciclo de Krebs
	Na respiração, o piruvato formado na glicólise penetra na matriz mitocondrial e é transformado em acetil, havendo liberação de gás carbônico (CO2) e de hidrogênio (H+).
	O acetil combina – se com uma substância denominada coenzima A (CoA), formando acetil-coenzima A (acetil-CoA), que abastece o ciclo de Krebs.
	O ciclo de Krebs foi elucidado por Hans Adolf Krebs, que, em função disso, recebeu o prêmio Nobel de fisiologia em 1953.
	O ciclo de Krebs é também chamado ciclo do ácido cítrico ou ciclo dos ácidos tri carboxílicos. 	Nesse ciclo são liberados CO2, ATP, NADH + H+ e FADH2 .
	Todo o gás carbônico liberado na respiração provém da formação de acetil e do ciclo de Krebs.
Cadeia Respiratória e Fosforilação Oxidativa
	Nessa etapa, que ocorre na membrana interna da mitocôndria, os átomos de hidrogênio retirados pelo NAD das cadeias de carbono durante a glicólise e o ciclo de Krebs são transportados por várias moléculas intermediárias até o oxigênio, formando água e grande quantidade de ATP.
	O oxigênio precisa ser fornecido continuamente a célula, caso contrário o processo respiratório é interrompido. (link)
	
Imagem cadeia transportadora de elétrons.
	A cadeia respiratória também é chamada de fosforilação oxidativa porque a síntese de ATP depende da entrada de um fosfato no ADP (fosforilação), o que é feito com a energia proveniente de oxidações.
	A respiração produz, teoricamente, 36 ou 38 ATPs, dependendo do tipo de célula em que é realizada ( no entanto, parte dessa energia é gasta no transporte ativo na própria mitocôndria, e o saldo fica em cerca de 30 ATPs.
Fermentação 
	Alguns seres vivos obtêm energia por meio da oxidação incompleta da glicose sem usar oxigênio.
	Nesse processo, chamado de fermentação, a quebra da glicose termina na glicólise, com a produção de apenas dois ATPs.
	A fermentação é o único processo de liberação de energia em certas bactérias. Elas podem ser anaeróbios estritas ou obrigatórias / anaeróbios facultativos.
	Fermentação láctica e alcoólica – Na fermentação, os hidrogênios retirados da glicose não são levados para o oxigênio. Em algumas bactérias, como os lactobacilos, utilizados na produção de coalhadas e iogurtes, denominada fermentação láctica (ácido láctico).
	No levedo de cerveja (Saccharomyces cerevisiae), a fermentação produz álcool (fermentação alcoólica) e, por isso, é utilizada na produção de bebidas alcoólicas. O fungo é utilizado também como fermento para fazer a massa de pão crescer, por meio da produção de gás carbônico.
	Fermentação láctica no músculo – Durante um esforço muscular muito rápido ou intenso, o oxigênio que chega ao músculo não é suficiente para obtenção de toda energia necessária. Para compensar essa falta, as células musculares realizam fermentação láctica e acumula – se ácido láctico no músculo, o que produz dor e fadiga.