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ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 1 FUVEST Exasiu Prof. Bruna Klassa Aula 02 – Metabolismo energético da célula vestibulares.estrategia.com EXTENSIVO 2024 Exasi u ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 2 SUMÁRIO RECAPITULANDO... 4 1. INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METABÓLICOS 5 2. RESPIRAÇÃO CELULAR AERÓBIA 8 2.1 Glicólise 9 2.2 Ciclo de Krebs 10 2.3 Cadeia respiratória 11 2.4 Fontes de energia da respiração celular aeróbia 13 3. FERMENTAÇÃO 16 3.1 Fermentação lática 17 3.2 Fermentação alcoólica 18 3.3 Fermentação acética 18 4. FOTOSSÍNTESE 21 4.1 Luz solar e clorofila 22 4.2 Fase fotoquímica ou clara: 1ª etapa 24 4.3 Fase química ou escura: 2ª etapa 25 4.4 Fotorrespiração 27 4.5 Fatores que limitam a fotossíntese 30 4.6 Relação respiração x Fotossíntese 30 5. QUIMIOSSÍNTESE 32 6. LISTA DE QUESTÕES 33 7. GABARITO 50 8. LISTA COMENTADA DE QUESTÕES 51 ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 3 9. VERSÕES DAS AULAS 75 10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 76 ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 4 Recapitulando... Aula passada falamos sobre a membrana que delimita a célula e sobre todos os compartimentos citoplasmáticos. Vamos retomar rapidamente cada um desses pontos! • A natureza da membrana plasmática é lipoproteica, ou seja, sua estrutura constitui uma bicamada fosfolipídica com proteínas imersas e carboidratos associados. • Os fosfolipídios que constituem a dupla camada são moléculas anfipáticas. Essa característica impede o trânsito da maior parte das substâncias. Contudo, a presença de ácidos graxos insaturados torna a membrana dinâmica e fluida, permitindo que as proteínas se desloquem pela superfície da membrana e auxiliem o transporte de diversas substâncias. • A principal característica da membrana é a sua permeabilidade seletiva. Mas ela também atua no reconhecimento e sinalização das células. • O glicocálice ocorre apenas nas células animais e tem a função de reconhecimento químico da célula para o exterior e de proteção contra choques físicos, químicos ou mecânicos. • Existem dois tipos de transporte de substâncias pela membrana: o transporte passivo (sem gasto de energia e a favor do gradiente de concentração) e o transporte ativo (com gasto de energia e contra o gradiente de concentração). A difusão simples, a osmose e a difusão facilitada são exemplos de transporte passivo. As bombas de sódio-potássio (e outras bombas iônicas) e o transporte através de vesículas (endocitose e exocitose) são transportes ativos. • ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 5 1. Introdução aos processos metabólicos O funcionamento correto de todas as estruturas celulares para a manutenção da vida depende de uma série de reações químicas de síntese e degradação de moléculas orgânicas, com intuito final de gerar, transformar ou degradar energia. Essas reações caracterizam o metabolismo energético da célula. Mas o que é energia celular? Para a manutenção e realização de suas diversas funções, as células vivas necessitam receber suprimento de energia de maneira ininterrupta, sendo que essa energia é proveniente da alimentação nos animais e do sol nos vegetais. As células a utilizam extraindo-a dos aminoácidos, glicídeos, nucleotídeos e lipídeos contidos nos alimentos ou nos produtos da fotossíntese. Esse processo de extração é lento e ocorre em pequenas quantidades, reduzindo a perda de energia na forma de calor. Dessa forma, o organismo transforma energia térmica em energia química, disponibilizando essa última para o trabalho celular. Existem quatro processos responsáveis pelo metabolismo nos diversos organismos: respiração celular, fermentação, fotossíntese e quimiossíntese. A maneira como cada um desses processos atua depende das rotas metabólicas que apresentam. Rota (ou via) metabólica nada mais é do que a modificação de uma molécula específica por meio de uma série de etapas definidas, resultando em um determinado produto. Veja a ilustração abaixo: Normalmente, cada etapa intermediária da via metabólica é catalisada por uma enzima específica. Isso significa que as enzimas diminuem a energia de ativação das reações ligando- se aos substratos e colocando-os na melhor posição para reagirem entre si. Sem elas, as reações dependeriam de colisões aleatórias entre as moléculas de subtrato para colocá-las em alinhamento, o que levaria muito mais tempo. Algumas vias metabólicas modulam suas reações por mecanismos de retroalimentação. Retroalimentação é qualquer mecanismo de controle que atua reduzindo ou amplificando um estímulo. Isso pode ocorrer de duas formas: ao final de uma via, a resposta gerada pode reduzir o estímulo inicial, desacelerando o inibindo as reações (feedback negativo), ou reforçá-lo, amplificando as reações (feedback positivo). Esses dois mecanismos ocorrem em situações distintas, sendo o feedback negativo mais comum. Algumas vias metabólicas liberam energia, decompondo moléculas complexas em compostos simples, e são chamadas de vias catabólicas. As reações que caracterizam essas vias são exergônicas, ou seja, reações nas quais os reagentes têm mais energia que os produtos e, durante sua interação, eles a liberam. A respiração celular aeróbia e a fermentação são processos exergônicos. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 6 Outras vias metabólicas consomem energia para fabricar moléculas complexas a partir de compostos simples, e são chamadas de rotas anabólicas. Neste caso, as reações que caracterizam essas vias são endergônicas, ou seja, para que os reagentes desses processos interajam entre si é necessário receber energia. A fotossíntese e a quimiossíntese são processos endergônicos. Nas células, as reações exergônicas liberam energia de duas formas: como calor e como energia direcionada para utilização nas reações endergônicas. Quem direciona essa energia é a molécula de ATP, adenosina trifosfato. ATENÇÃO! O ATP fornece energia para o trabalho celular, acoplando reações exergônicas com reações endergônicas. As ligações entre os grupos fosfato podem ser rompidas por hidrólise liberando grande quantidade de energia, e são refeitas, consumindo a energia liberada de volta. O ATP é um nucleotídeo formado por uma molécula de adenina (base nitrogenada), uma molécula de ribose (carboidrato) e três grupos fosfato (representados pela letra P). O conjunto adenina + ribose compõe o nucleosídeo adenosina. A hidrólise do ATP libera uma molécula de fosfato formando um composto denominado de ADP (difosfato de adenosina), reação essa que libera aproximadamente 7,3 Kcal por molécula de ATP hidrolisado. Quando o ATP libera 2 moléculas de fosfato, forma-se o AMP (monofosfato de adenosina). A hidrólise do ATP ocorre com ou sem a disponibilidade de oxigênio, sendo essa uma reação rápida e anaeróbica. Esse processo permite a liberação de energia rápida para uso imediato, o que não ocorreria se o processo em questão fosse dependente do oxigênio. O ATP é armazenado em pequenas quantidades nas células e essa molécula não pode ser fornecida através do sangue, sendo que sua concentração está confinada a uma ressíntese contínua, que deverá ocorrer no mesmo ritmo com que essa molécula é utilizada. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 7 Curiosidade A quantidade total de ATP no organismo encontra-se por volta de 80 a 100g, sendo suficientepara a manutenção de um exercício físico máximo por apenas alguns segundos. Nos momentos iniciais do exercício ou numa situação onde seja exigido uma contração muscular rápida e explosiva, onde as concentrações de ATP diminuem significativamente, a ressíntese de ATP ocorre a partir de outro composto de alta energia denominado CP (fosfato de creatina), sendo esse essencial durante a passagem de uma baixa para uma alta demanda energética. Um conceito importante que precisamos discutir antes de iniciarmos o estudo dos processos metabólicos da célula é o de transporte de elétrons e íons hidrogênio. As reações de síntese e degradação nas células ocorrem a partir da transferência de elétrons de um reagente para outro. Quando o reagente perde elétrons na reação, ele é oxidado. Quando ele recebe elétrons, ele é reduzido. Essas reações são chamadas reações de oxidação-redução, ou reações do tipo redox. Junto da transferência de elétrons, íons H+ também são transferidos entre os reagentes. Tanto os íons de hidrogênio quanto os elétrons são transportados por coenzimas especializadas chamadas: NAD+, NADP+ e FAD. Uma coenzima é uma molécula orgânica que está associada a uma determinada enzima, exercendo função catalítica. No entanto, ela pode se separar de sua enzima para exercer uma função específica, como por exemplo o NAD+, NADP+ e FAD. Estas são coenzimas de enzimas desidrogenases, que estabelecem importante papel no Ciclo de Krebs, como veremos adiante nesta aula. Contudo, em caso de separação, a enzima fica inativa até que a sua coenzima se ligue a ela novamente. O NAD+ atua nos processos catabólicos (de degradação das moléculas com liberação de energia, como na respiração e fermentação) e o NADP+ atua nos processos anabólicos (de síntese de moléculas, como na fotossíntese e quimiossíntese). Já o FAD também atua nos processos catabólicos, porém está restrito a algumas etapas. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 8 2. Respiração celular aeróbia A respiração aeróbia celular (daqui para frente, somente respiração celular) é realizada por muitos procariontes, protoctistas e fungos e por todas as plantas e animais. A respiração celular aeróbia é um processo que oxida a molécula de glicose, produzindo moléculas de gás carbônico e água como resíduos, além de acumular energia na forma de ATP. De maneira sucinta, o gás oxigênio absorvido do meio é transportado até o interior das células, onde reage com a glicose (proveniente dos alimentos consumidos pelos animais ou da fotossíntese realizada pelas plantas). Essa reação produz uma molécula de gás carbônico e uma molécula de água, e libera a energia que estava contida na glicose. O gás carbônico é então transportado pelo sangue (nos animais) ou seiva (nas plantas) até sua eliminação. Parte da energia é usada na formação do ATP, a partir de uma molécula de ADP e uma molécula de fosfato inorgânico (Pi). Após ser formado, o ATP acumula essa energia, que poderá ser usada nas atividades celulares que requerem gasto energético. Dessa forma, a equação química da respiração celular deve levar em conta a produção do ATP: É claro que esta é uma simplificação do processo. Ao longo da respiração celular, ocorrem inúmeras reações químicas intermediárias até a formação dos resíduos finais, por exemplo: ▪ Descarboxilação é a remoção de grupos carboxila, gerando CO2, que, no caso dos heterótrofos, é eliminado no ambiente. No caso dos autótrofos, o CO2 pode ser empregado na fotossíntese. ▪ Desidrogenação é a perda de átomos de hidrogênio, constituindo um processo de oxidação. Os hidrogênios são transferidos para substâncias denominadas aceptores (que “aceitam”). ▪ Fosforilação é a formação de ATP a partir do ADP e de fosfato inorgânico, que se encontram dissolvidos no citosol e na matriz mitocondrial. Na verdade, a respiração celular constitui-se de três etapas sequenciais: glicólise, ciclo de Krebs e cadeia respiratória. Nos procariontes, a glicólise e o ciclo de Krebs ocorrem no citoplasma, e a cadeia respiratória ocorre na face da membrana plasmática voltada para o citoplasma. Nos eucariontes, a glicólise ocorre no citosol e as demais etapas acontecem na mitocôndria. C6H12O6: glicose CO2: gás carbônico O2: gás oxigênio H2O: água ADP: adenosina difosfato P: fosfato inorgânico ATP: adenosina trifosfato ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 9 2.1 Glicólise A glicólise (ou via glicolítica) ocorre no citosol das células e é a única etapa da respiração celular que não depende de oxigênio para acontecer. Ela consiste em uma via central de catabolismo (degradação) de carboidratos. 1. De maneira simplificada, a glicose (uma molécula de 6 carbonos) é convertida em frutose (também com 6 carbonos) a partir da adição de dois fosfatos (P), transferidos por duas moléculas de ATP (presentes no citosol). 2. Essa frutose-difosfato possui mais energia e é mais instável que a glicose, portanto, mais fácil de ser degradada em moléculas menores. Ela é, então, desidrogenada (perde 4 átomos de H+), dando origem a dois açúcares menores de 3 carbonos cada (chamados gliceraldeído-3- fosfato). 3. A seguir, cada um desses açúcares recebe um fosfato inorgânico (P). Mas eles já possuem um radical fosfato em sua composição; assim, cada um deles passa a contar com dois grupos fosfato. 4. Aqueles hidrogênios liberados na etapa 2 são capturados pela coenzima NAD+ presente no citoplasma e esse processo necessita de energia. Os ADPs (também presentes no citoplasma) incorporam os grupos fosfato dos açúcares, formando 4 moléculas de ATP e 2 moléculas de piruvato. Essa reação permite que o NAD+ incorpore os H+, transformando-se em NADH2. Esquema simplificado da glicólise. O saldo energético é igual ao número de moléculas de ATP produzidas (4) menos o número de moléculas de ATP consumidas na reação (2). Portanto, a primeira etapa da respiração celular rende 2 moléculas de ATP por molécula de glicose. O saldo energético da glicólise é de 2 ATP (4 ATP produzidos – 2 ATP gastos inicialmente = 2 ATP de rendimento) e 2 piruvatos. Olha só a ironia: a glicose precisa de ATP para iniciar sua produção de ATP! Esses 2 ATP utilizados para dar o start na glicólise são chamados de investimento energético. Assim, a célula investe dois ATP para liberar 4 ATP no final. Além disso, os quatro hidrogênios liberados no citosol são capturados por duas coenzimas NAD+, formando duas moléculas de NADH2. Resumindo: ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 10 As moléculas de piruvato produzidas podem seguir dois caminhos: ou elas são convertidas em acetil-CoA e entram no ciclo de Krebs (continuando a respiração celular), ou são convertidas em lactato (no processo de fermentação). Neste momento, vamos continuar no processo de respiração celular. 2.2 Ciclo de Krebs Na matriz mitocondrial (solução aquosa no interior das mitocôndrias), o piruvato resultante da glicólise é convertido em um composto de dois carbonos (acetil), liberando gás carbônico. Este composto reage com uma substância chamada coenzima A, dando origem a duas moléculas de acetil-coenzima A (ou somente acetil-CoA). A acetil-CoA é o reagente que inicia a segunda etapa da respiração celular, uma série de reações denominadas ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico ou ainda ciclo do ácido tricarboxílico. O ciclo de Krebs inicia-se, portanto, quando a acetil-CoA se combina com um composto já existente na matriz mitocondrial, chamado ácido oxalacético ou oxalacetato. Da reação da acetil-CoA com o oxalacetato origina-se o citrato (ou ácido cítrico). A partir daí, uma série de oito reações de desidrogenação e descarboxilação se sucedematé que uma nova molécula de oxalacetato seja produzida e o ciclo se reinicie. Esquema simplificado do ciclo de Krebs. A acetil-CoA combina-se com o oxalacetato e libera a coenzima A, formando o citrato. Ao longo do ciclo, o citrato perde carbonos na forma de CO2 e hidrogênios, que são captados pelo NAD+ ou FAD. Ao final, forma-se o composto de oxalacetato, que novamente se une a uma acetil-CoA e reinicia o ciclo. Os hidrogênios liberados nas desidrogenações são capturados pelas coenzimas NAD+ e FAD, produzindo três moléculas de NADH2 e uma molécula de FADH2. Além disso, cada acetil- CoA rende energia suficiente para a síntese de uma molécula de ATP. Como o produto da glicólise envolve duas moléculas de piruvato, o processo de respiração celular envolve duas passagens pelo ciclo de Krebs por molécula de glicólise. Dessa ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 11 forma, na passagem do primeiro piruvato há o rendimento de 1 ATP; na passagem do segundo piruvato, mais 1 ATP é produzido, gerando um saldo de 2 moléculas de ATP, 6 moléculas de NADH2 e 2 de FADH2 em todo o ciclo de Krebs. 2.3 Cadeia respiratória A última etapa da respiração celular é chamada de cadeia respiratória, ou cadeia transportadora de elétrons, e ocorre nas cristas mitocondriais. As três moléculas de NADH + H+ (ou NADH2) e a molécula de FADH2, provenientes da primeira passagem do piruvato no ciclo de Krebs, transferem seus elétrons e íons H+ para o oxigênio presente na mitocôndria, formando água. Essa transferência envolve uma série de proteínas transportadoras, chamadas de citocromos, que funcionam como bombas de H+. Mitocôndria. A glicose é degradada na glicólise (citosol) e no ciclo de Krebs, gerando moléculas ricas em energias (NADH e FADH2). Os elétrons dessas moléculas fluem a favor de um gradiente de energia, à medida que passam de um citocromo para o seguinte (a seta azul indica o caminho dos elétrons pelo complexo transportador de elétrons, na crista mitocondrial), até se combinarem com o oxigênio presente na matriz para produzir água. A energia liberada em cada citocromo é aproveitada para bombear H+ através da membrana, que depois retorna para a matriz ativamente, através da ATP-sintetase, fornecendo energia para a produção de ATP. As moléculas de NADH2 e FADH2 transferem seus elétrons para os citocromos, gerando íons H+ livres que são bombeados da matriz mitocondrial para o espaço intermembranas. O acúmulo de íons H+ causa um desequilíbrio entre o espaço intermembranas e a matriz, o que promove o retorno desses íons à matriz através de um complexo de proteínas formadoras de ATP, as ATP-sintetases. Durante esse retorno à matriz, os íons H+ fornecem energia para a síntese de ATP. A fosforilação oxidativa é a reação que caracteriza essa síntese: fosfatos inorgânicos (dissolvidos na matriz) ligam-se aos ADPs (também dissolvidos na matriz), a partir da energia dos íons H+, produzindo ATP. Além disso, alguns íons H+ ao invés de serem bombeados para o espaço intermembranas combinam-se com gás oxigênio e formam moléculas de água. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 12 O oxigênio participa diretamente da respiração celular somente nesta etapa de fosforilação oxidativa. Mesmo assim, é fundamental para a ocorrência de todos os outros processos no ciclo de Krebs, pois na sua ausência, alguns organismos realizam fermentação (como veremos no próximo capítulo). Por isso dizemos que o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória são etapas aeróbicas da respiração celular, enquanto a glicólise é uma etapa anaeróbica. A cadeia respiratória finaliza o processo de respiração celular. Abaixo, temos um quadro que resume o balanço energético de cada etapa deste processo. Saldo energético total da respiração aeróbia celular Para cada molécula de glicose que entra na cadeia respiratória, formam-se 30 ou 32 ATP. Isso porque são necessários 2 NADH para formar 5 ATP e 2 FADH2 para formar 3 ATP na cadeia respiratória. Assim, cada NADH produz 2,5 ATP e cada FADH2 produz 1,5 ATP. Temos então que: Saldo energético no citosol (glicólise): 2 NADH → 5 ATP + 2 ATP formados diretamente. Contudo, 2 ATP podem ser usados na entrada dos NADH na mitocôndria, na próxima etapa da respiração. Saldo: 7 ou 5 ATP Saldo energético na mitocôndria (formação de acetil-CoA e ciclo de Krebs): 8 NADH (2 NADH na formação do acetil-CoA e 6 NADH no ciclo de Krebs) → 20 ATP 2 FADH2 → 3 ATP + 2 ATP formados diretamente. Saldo: 25 ATP Assim, o total de moléculas de ATP produzidas por molécula de glicose degradada equivale ao saldo produzido no citosol mais o saldo produzido na mitocôndria, ou seja, poderá ser de 32 ou 30 ATP. Na respiração celular, o nosso organismo produz radicais livres, moléculas instáveis e que apresentam um elétron que tende a se associar de maneira rápida a outras moléculas de carga positiva com as quais pode reagir ou oxidar. Por exemplo, o NAD+, nesse estado oxidado, é um radical livre. Ou seja, radicais livres são importantes na síntese de energia e considerados elementos essenciais na estimulação do nosso sistema imunológico, não sendo prejudiciais à saúde em níveis considerados normais. Contudo, em excesso podem ser tóxicos ao nosso organismo, enfraquecendo o sistema imunológico e favorecendo o envelhecimento. Além da reprodução celular, fatores externos ao organismo, como poluição, radiação solar, consumo de tabaco e álcool, má nutrição e uso de produtos com aditivos artificiais, falta de sono, também contribuem para formação de radicais livres, nesses casos chamados de exógenos. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 13 Para evitar isso, uma alimentação saudável deve conter uma parcela de antioxidantes, moléculas com carga positiva que se combinam com os radicais livres, tornando-os inofensivos. Alimentos que contêm propriedades antioxidantes como o beta-caroteno e as vitaminas C e E e o selênio, podem, contudo, retardar esse processo, neutralizando e varrendo do organismo os tais radicais livres. O mamão, a laranja, a cenoura, a cebola, o morango e o espinafre estão entre eles. 2.4 Fontes de energia da respiração celular aeróbia Todos os seres vivos necessitam de energia para a realização de suas funções vitais, retirando-a da alimentação à base de carboidratos, proteínas e gorduras. Após a refeição, os nutrientes encontram-se em grandes concentrações no sangues e são utilizados para síntese de biomolóculas de alta energia. Os carboidratos, fontes rápidas de energia, são degradados por enzimas digestivas até que cheguem ao monossacarídeo glicose. A partir daí eles passam da luz intestinal ao sangue e, então, entram na célula, para que a glicólise aconteça. O excedente é estocado na forma de glicogênio. O glicogênio é nossa reserva de energia imediata, sintetizado em um processo denominado glicogênese. Normalmente, possuímos cerca de 100g de glicogênio no fígado e 200g nos músculos esqueléticos, sendo esses 300g suficientes para fornecer energia por aproximadamente 10-15 horas. Contudo, a maior parte da glicose excedente é estocada nas células adiposas como triglicerídeos, em um processo denominadao lipogênese. Se as concentrações séricas de glicose caem, ou seja, se a concentração de açúcar no plasma é reduzida, o organismo recorre primeiramente ao glicogênio, quebrando-o em glicose no processo chamado glicogenólise. Se ainda assim a glicose não for suficiente para suprir as necessidades energéticas básicas, ele recorre então aos adipócitos. Para utilizar a gordura como fonte de energia, as lipases quebram os triglicerídeos em ácidos graxos e glicerol, no processo de lipólise. O glicerol é convertido em gliceraldeído-3-fosfato, um substrato da glicólise, e os ácidos graxospodem ser utilizados para a síntese de ATP. Uma vez que os ácidos graxos sejam transportados até a matriz mitocondrial, eles serão quebrados em duas unidades de carbono por vez, até o fim da cadeia, formando inúmeras moléculas de acetil-CoA. Esse processo denomina-se beta-oxidação. Uma vez produzidas, as moléculas integram o ciclo de Krebs e retomam a produção de ATP. Mas se a quantidade de acetil-CoA gerada for superior à capacidade de metabolização no ciclo de Krebs, o excesso dessas moléculas será convertido em corpos cetônicos. No sangue, esses corpos cetônicos podem acarretar a condição de acidose metabólica, levando à desidratação, perda de eletrólitos e problemas renais. Curiosidade Como é possível obter inúmeras moléculas de acetil-CoA a partir de uma longa cadeia de ácido graxo, as gorduras conseguem armazenar em 1 grama o dobro de calorias em relação a mesma quantidade de carboidratos. Em média, 1 grama de carboidrato ou proteína armazenam 4 Kcal, enquanto 1 g de lipídio armazena 8 Kcal. As proteínas também podem ser subtrato para geração de energia. O produto da degradação proteica são os aminoácidos, utilizados como fonte para síntese de proteínas nos ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 14 ribossomos. Mas, em casos de jejum, os aminoácidos podem ser utilizados como fonte para obtenção de ATP. Isso acontece a partir da degradação das proteínas musculares até a formação de aminoácidos livres. A primeira etaa neste processo é a desaminação, a qual remove o grupo amino do aminoácido, gerando amônia e ácidos orgânicos como o acetil-CoA e o ácido pirúvico. Tais ácidos entram para o ciclo de Krebs e iniciam a produção de ATP, enquanto a amônia se associa ao íons hidrogênio formando íons amônio. No fígado, esses íons serão convertidos em ureia para posterior excreção pelos rins. A desaminação de aminoácidos no fígado para produção de ATP ou síntese de glicose denomina-se gliconeogênese. Esquema mostrando as principais fontes de energia. QUESTÕES PARA MEMORIZAÇÃO (Simulado EV/2022 – Prof. Bruna Klassa) A fonte imediata de energia que aciona a síntese de ATP pela ATP-sintetase durante a fosforilação oxidativa é: a) a oxidação da glicose e outros componentes orgânicos. b) a transferência do fosfato ao ADP. c) o fluxo de elétrons pela cadeia de transporte de elétrons. d) a redução de NAD+ e FAD+ a NADH e FADH2, respectivamente. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 15 e) o gradiente de concentração de H+ através da membrana que apresenta a ATP-sintetase. Comentários: A fosforilação oxidativa é formada por dois componentes estreitamente ligados: a cadeia de transporte de elétrons e a quimiosmose. Na cadeia de transporte de elétrons, os elétrons passam de uma molécula para outra, e a energia liberada durante essa transferência é usada para formar um gradiente eletroquímico. Na quimiosmose, a energia armazenada no gradiente é usada para formar ATP. À medida que os elétrons se movem para níveis de energia mais baixos, os complexos capturam a energia liberada e a utilizam para bombear íons H+ da matriz para o espaço intermembranar. Este bombeamento forma um gradiente eletroquímico através da membrana mitocondrial interna, onde podem se mover de volta à matriz (a favor de seu gradiente de concentração) somente com auxílio de proteínas de canal que formam túneis hidrofílicos através da membrana: a proteína transmembranar conhecida como ATP sintase. Assim, a ATP sintase é acionada pelo fluxo de íons H+ e catalisa a adição de um fosfato ao ADP, capturando a energia do gradiente de prótons na forma de ATP. Gabarito: E. (Simulado EV/2022 – Prof. Bruna Klassa) A respiração celular é um dos processos do metabolismo energético. Nele ocorre a degradação de moléculas orgânicas energéticas, como a glicose, para a produção de energia para as células na forma de ATP. Assinale a alternativa correta. a) A respiração celular tem início com a glicólise, etapa em que a glicose é degradada e forma, ao final do processo, duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato. b) O gás carbônico liberado na respiração celular é produzido no ciclo de Krebs a partir gás oxigênio e de átomos de carbono provenientes da degradação da glicose. c) A maior parte do ATP é produzido na última etapa da respiração celular, que acontece da membrana mitocondrial externa. d) O gás oxigênio é utilizado na última etapa da respiração celular e atua como aceptor final de elétrons. Comentários A alternativa A está incorreta, pois, ao final da glicólise, são formadas duas moléculas de piruvato (ou ácido pirúvico) a partir da quebra de uma molécula de glicose. O gliceraldeído é um intermediária desse processo. A alternativa B está incorreta, pois, apesar do gás carbônico liberado na respiração ser formado no ciclo de Krebs, ele não é produzido a partir do gás oxigênio. Este só é utilizado na terceira etapa do processo metabólico. A alternativa C está incorreta, pois a cadeia transportadora de elétrons acontece nas cristas mitocondriais formadas pela membrana mitocondrial interna. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 16 Gabarito: D. (Simulado EV/2022 – Prof. Bruna Klassa) A respiração celular é um processo metabólico de obtenção de energia a partir da degradação de moléculas orgânicas na presença de oxigênio. Sobre esse processo, assinale a alternativa correta. a) A respiração celular tem início com a glicólise, etapa em que ocorre a formação de acetil- CoA a partir da quebra da molécula de glicose. b) A glicólise, etapa anaeróbica que ocorre no citosol, é exclusiva de processos anaeróbicos. c) É no ciclo de Krebs que ocorre a produção do gás carbônico liberado na respiração. d) A maior parte do ATP é produzido na cadeia respiratória, segunda etapa da respiração celular. e) É na cadeia respiratória que o oxigênio é consumido, produzindo o gás carbônico liberado no processo. Comentários A alternativa A está incorreta, pois a acetil-CoA é formada na segunda etapa. A glicólise forma duas moléculas de piruvato. A alternativa B está incorreta, pois a glicólise, além de ocorrer na fermentação, que é um processo anaeróbico, ocorre na respiração, que é aeróbica. A alternativa D está incorreta, pois a cadeia respiratória é a terceira etapa da respiração. A alternativa E está incorreta, pois o gás carbônico é produzido no ciclo de Krebs. Gabarito: C. 3. Fermentação Os organismos anaeróbicos, isto é, que não utilizam o gás oxigênio na produção de energia, realizam um processo chamado fermentação. Esses organismos podem ser anaeróbicos estritos ou anaeróbicos facultativos. Os organismos anaeróbicos estritos não sobrevivem em ambientes com a presença de oxigênio. Um exemplo é o bacilo do tétano (bactéria Clostridium tetani). Por sua vez, os organismos anaeróbicos facultativos podem realizar fermentação na ausência de oxigênio no meio, porém realizam também a respiração celular aeróbia (como o fungo Saccharomyces cerevisae, que fermenta a cerveja e o pão). Como vimos, a glicólise consiste em uma sequência de reações enzimáticas na qual uma molécula de glicose (6C) é convertida em duas moléculas de piruvato (3C), com a produção de ATP e NADH. Quando o oxigênio não está presente, a glicólise é a fonte principal de energia para as células. Mas para que a produção de energia continue ocorrendo na via glicolítica, é necessário que o NADH produzido seja reoxidado pelas vias de fermentação, para que possa reiniciar esta via metabólica. Assim, após a produção do piruvato na glicólise e na ausência de oxigênio, duas são as possibilidades: as moléculas de piruvato são convertidas em lactato ou etanol, dependendo do organismo. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSOEXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 17 Como nessas conversões não há produção de ATP, o salto energético dos processos de fermentação é de apenas os 2 ATP produzidos na glicólise, muito menor que na respiração celular. A fermentação, portanto, é um processo anaeróbico de síntese de ATP que não envolve a cadeia respiratória e tem como aceptor final de hidrogênios um composto orgânico. Ela ocorre no citosol da célula e é realizada por seres anaeróbicos, mas também pode ser uma alternativa de energia para os organismos aeróbicos em situações nas quais o gás oxigênio está ausente ou em níveis reduzidos (hipóxia). A fermentação é uma via bastante difundida, mas não é a única maneira de conseguir energia de combustíveis anaerobicamente (na ausência de oxigênio). Alguns sistemas vivos, ao contrário, usam uma molécula inorgânica diferente do O2, tais como o sulfato, como aceptor final da cadeia transportadora de elétrons. Esse processo, chamado respiração celular anaeróbica, é realizado por algumas bactérias e arqueobactérias. 3.1 Fermentação lática Na fermentação lática, o piruvato é transformado em lactato (ou ácido lático). Os NADH formados na glicólise são reoxidados, perdendo elétron para o piruvato e restaurando o NAD+. É essa perda de elétrons que fornece energia para a transformação do piruvato em lactato. Assim, a equação simplificada da fermentação lática pode ser representada da seguinte maneira: Algumas bactérias, protozoários e fungos realizam a fermentação láticasendo as bactérias do gênero Lactobacillus as mais comuns, utilizadas na fabricação de coalhadas, iogurtes e queijos. Mas o exemplo mais comum que temos são as nossas células musculares. A atividade física demanda alto consumo de energia e a respiração celular é quem produz toda a energia necessária para sua realização. Contudo, quando prolongamos demais o tempo do exercício ou quando ele é muito intenso, o oxigênio disponível nas células pode ser insuficiente para a respiração celular e, com isso, as células degradam anaerobicamente a glicose em ácido lático. Esse processo gera um acúmulo de ácido lático nas células musculares, que é transportado através da corrente sanguínea para o fígado, para ser convertido novamente em piruvato e processado normalmente nas reações restantes da respiração celular. Esse processo denomina-se ciclo de Cori. Atenção! As provas de corrida de 400m são um dos esportes que mais exigem do atleta. A velocidade da corrida é alta e necessita de uma constância, o que exige muito dos músculos. A partir dos 200m, os efeitos do cansaço aparecem: a perna pesa, a respiração acelera, os ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 18 músculos do braço pesam. Esse mal-estar é o reflexo do acúmulo do ácido lático que ocorre em atividades físicas com alto grau de intensidade. Nenhuma outra prova no atletismo demanda uma produção de energia pelo metabolismo anaeróbico lático tão intensa. O resultado do acúmulo de lactato é uma queda do pH do sangue, a chamada acidose metabólica. Esta acidose provoca um grande mal-estar, com tontura e ânsia de vômito. O ciclo de Cori consiste na conversão da glicose em lactato, produzido em tecidos musculares durante um período de privação de oxigênio, seguida da conversão do lactato em glicose, no fígado. 3.2 Fermentação alcoólica Na fermentação alcoólica, o piruvato produzido na glicólise sofre uma descarboxilação (perde uma molécula de CO2) e forma um composto com dois carbonos chamado acetaldeído. As duas moléculas de NADH formadas na glicólise são reoxidadas, perdendo elétrons e restaurando dois NAD+, e o acetaldeído, sofre redução (recebe os elétrons do NADH) pela enzima álcool desidrogenase, originando o etanol (ou álcool etílico). A equação simplificada da fermentação alcoólica pode ser representada como: A fermentação alcoólica ocorre em algumas bactérias e leveduras, entre elas a Saccharomyces cerevisae, amplamente utilizada na produção de bebidas alcoólicas e na panificação. Neste último caso, durante o cozimento o álcool se volatiliza e o CO2 produzido fica armazenado no interior da massa, fazendo-a crescer. 3.3 Fermentação acética A fermentação acética corresponde à transformação do álcool em ácido acético por determinadas bactérias, conferindo o gosto característico de vinagre. Nesse processo, primeiro acontece a fermentação alcoólica e, então, o etanol é transformado por bactérias da família Pseudomonaceae, como a Acetobacter ou Gluconobacter. Esses organismos oxidam esse álcool e, como resultado, percebemos o ácido acético (C2H4O2). Essas bactérias acéticas necessitam do oxigênio do ar para realizarem a acetificação. Por isso multiplicam-se mais na ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 19 parte superior do vinho que está sendo transformado em vinagre, formando um véu conhecido como "mãe do vinagre". Esse véu pode ser mais ou menos espesso de acordo com o tipo de bactéria. Assim, deve haver oxigênio para que ela ocorra, não se enquadrando na definição de processo anaeróbico, como as demais fermentações. QUESTÕES PARA MEMORIZAÇÃO (Simulado EV/ 2021) Bactérias, como as do gênero Lactobacillus, são muito empregadas na fabricação de coalhadas, queijos e iogurtes. Elas promovem a transformação dos açúcares do leite em ácido láctico, que, por ter pH ácido, provoca a precipitação das proteínas do leite, formando o coalho. Sobre o processo que permite a formação do ácido láctico, é correto afirmar que: a) é realizado apenas por organismos anaeróbios. b) ocorre em organelas chamadas de mitocôndrias. c) os piruvatos formados na primeira etapa podem ser transformados em etanol ou lactato, ambas moléculas de três carbonos. d) são produzidas duas moléculas de ATP e duas de NADH na primeira etapa do processo, chamada de glicólise. Comentários A alternativa correta é a letra D. Na fermentação, tanto láctica quanto alcoólica, são produzidos 2 ATP e 2 NADH na glicólise, primeira etapa do processo. A alternativa A está incorreta, pois organismos aeróbicos, como seres humanos, podem realizar fermentação láctica. É o que ocorre nos músculos esqueléticos em atividades físicas intensas, quando o suprimento de oxigênio não atende à demanda. A alternativa B está incorreta, pois a fermentação ocorre no citosol, tanto nos organismos procariontes quanto nos eucariontes. A alternativa C está incorreta, pois o exercício pede sobre o que é correto afirmar sobre o processo de fermentação láctica (que produz ácido láctico ou lactato). Além disso, mesmo que pudéssemos considerar a fermentação alcoólica, o etanol não é uma molécula de três carbonos, mas de dois. Gabarito: D. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 20 (Simulado EV/ 2021) Microrganismos como bactérias são conhecidos por causarem doenças, mas grande parte deles são importantes para diversos processos, inclusive industriais. Uma aplicação diz respeito ao uso de certas bactérias na fabricação de laticínios, pois a) produzem etanol e lactato por meio da fermentação alcoólica, um processo anaeróbico com rendimento energético de 2 ATP. b) produzem lactato por meio da fermentação láctica, um processo anaeróbico com rendimento energético de 2 ATP. c) produzem lactato e gás carbônico por meio da fermentação láctica, um processo anaeróbico com rendimento energético de 2 ATP. d) produzem lactato por meio da fermentação láctica, um processo anaeróbico com rendimento energético de 4 ATP. e) produzem lactato por meio da fermentação láctica, um processo aeróbico com rendimento energético de 2 ATP. Comentários A alternativa correta é a letra B. A alternativa A está incorreta, pois olactato é produzido na fermentação láctica e o etanol, na alcoólica. A alternativa C está incorreta, pois a fermentação láctica não forma gás carbônico, apenas a alcoólica. A alternativa D está incorreta, pois o rendimento da fermentação é de 2 ATP. E a alternativa E está incorreta, pois a fermentação é um processo anaeróbico. Gabarito: B. (Simulado EV/ 2021) O metabolismo energético é o conjunto das várias reações químicas que ocorrem no organismo e que possui como objetivo satisfazer a necessidade de energia de um indivíduo. Essas reações podem ser do tipo catabólicas ou anabólicas. Assinale a alternativa correta. a) Respiração celular aeróbia e fotossíntese são processos catabólicos. b) A fermentação e a quimiossíntese são as vias substitutas da respiração celular aeróbia e da fotossíntese, respectivamente. c) Processos catabólicos produzem energia e, por isso, são chamados de reações de síntese. d) Respiração celular aeróbia e fotossíntese são processos anabólicos. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 21 e) Processos anabólicos utilizam energia e, por isso, são chamados de reações de síntese. Comentários A alternativa A está errada, porque a respiração celular é um processo catabólico, que gera energia, enquanto a fotossíntese é um processo anabólico, que necessita de energia para formar moléculas maiores a partir de unidades menores. A alternativa B está errada, porque a fermentação só é uma via substituta da respiração em organismos aeróbios em condições de anaerobiose. Para muitos organismos anaeróbicos, ela é a via principal. Assim como a quimiossíntese, que é a via de obtenção de energia de muitas bactérias. A alternativa C está errada, porque processos catabólicos geram energia pela degradação de moléculas orgânicas complexas, sendo chamados de reações de degradação. A alternativa D está errada, porque apenas a fotossíntese é um processo anabólico, que necessita de energia para formar moléculas maiores a partir de unidades menores. Gabarito: E. 4. Fotossíntese Até aqui, vimos dois processos metabólicos que produzem energia através da degradação de moléculas orgânicas precursoras, isto é, dois processos catabólicos. A partir de agora veremos o principal processo de produção de energia através da síntese de moléculas orgânicas, ou seja, o principal processo anabólico de produção de ATP: a fotossíntese. Fotossíntese, em linhas gerais, é a conversão que os organismos fotossintetizantes fazem da energia luminosa em energia química, a partir da assimilação de gás carbônico. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 22 Dizemos que esses organismos fotossintetizantes são autótrofos, isto é, produzem seu próprio alimento, ao contrário dos heterótrofos que não o produzem. A fotossíntese é realizada por organismos clorofilados (que possuem clorofila) como as plantas, algas e as bactérias fotossintetizantes (cianobactérias). A fórmula geral da fotossíntese é representada da seguinte maneira: Nesta aula, vamos nos dedicar ao processo de fotossíntese da forma como acontece nas plantas: dentro das folhas. Nas plantas terrestres, a água é obtida do solo, através da absorção das raízes, e transportada até as folhas pelos vasos condutores. Já o gás carbônico é obtido do ar atmosférico e penetra nas folhas através de estruturas chamadas de estômatos, por difusão. Uma vez no interior da folha, o gás carbônico chega até os cloroplastos, onde ocorre a fotossíntese. 4.1 Luz solar e clorofila A luz é o componente fundamental na equação da fotossíntese, mas ela só pode ser utilizada graças aos pigmentos fotossintetizantes que conseguem capturar sua energia. Para ocorrer a fotossíntese, é necessária a presença de clorofila, um pigmento verde. A radiação solar (luz branca) é composta de vários comprimentos de onda que se decompõem em diferentes cores. Os pigmentos das plantas têm a característica de absorver apenas alguns comprimentos de luz refletindo os demais. A clorofila fica armazenada dentro dos cloroplastos, a organela onde toda a conversão de energia acontece. Quando a luz solar incide sobre a folha, o pigmento reflete a luz verde e absorve as demais, sendo as luzes azul e vermelha absorvidas com maior eficiência. Espectros de luz absorvidos pela clorofila. A clorofila é o pigmento fotossintetizante capaz de absorver a energia luminosa e transformá-la em energia potencial química, que fica armazenada nas moléculas orgânicas produzidas. Existem três tipos de clorofila, e elas variam na forma como cada uma absorve a luz dentro do espectro das radiações azul e vermelha, nos quais a fotossíntese é mais intensa. A clorofila a é encontrada em quase todos os organismos que realizam fotossíntese, exceto algumas bactérias fotossintetizantes. Ela atua ativamente na produção de substâncias orgânicas e é a mais abundante. As clorofilas b, c e d atuam como pigmentos acessórios na fotossíntese, ajudando a ampliar a faixa de luz que pode ser utilizada nesse processo, complementando a captação de luz. Elas não substituem a clorofila a. Além desses pigmentos, ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 23 existem outros como a bacterioclorofila (que absorve luz infravermelha e ocorre nas sulfobactérias púrpuras fotossintetizantes), as ficobilinas (presentes nas algas vermelhas) e os carotenoides (ocorrem na generalidade dos eucariontes fotossintetizantes). A clorofila é uma molécula complexa composta por anéis que têm em sua composição carbono, hidrogênio, nitrogênio e o magnésio ao centro. Ligada a um dos anéis há uma cadeia de hidrocarboneto chamada fitol. Por ser o magnésio um íon metálico, a clorofila é denominada como uma metalobiomolécula, assim como a hemoglobina. A diferença entre esses pigmentos é que a possui ferro em seu núcleo, enquanto a clorofila possui o magnésio. Os pigmentos fotossintetizantes ficam nos tilacoides dos cloroplastos, organizados em conjuntos chamados complexo antena. O nome vem da função que eles exercem: captar energia luminosa. Em cada complexo antena, a energia captada é transferida para um par especial de clorofila, que participa de uma estrutura chamada centro de reação. Essas clorofilas, energizadas pela energia luminosa, liberam elétrons que são transferidos para aceptores de elétrons (NADP+). Cada complexo antena com seu centro de reação forma um fotossistema. Fotossistemas são grandes complexos de proteínas e pigmentos otimizados para coletar luz, que têm um papel chave nas reações fotoquímicas. Eles se localizam nas membranas dos tilacoides. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 24 Há dois tipos de fotossistemas: fotossistema I (PSI) e fotossistema II (PSII). Ambos contêm muitos pigmentos que ajudam a absorver energia luminosa, bem como um par especial de moléculas de clorofila encontradas centro de reação. O par especial do fotossistema I é chamado P700, enquanto o par especial do fotossistema II é chamado de P680. Agora que já temos o conhecimento prévio do que é fotossíntese e de quais estrutura participam do processo, vamos ver como ele de fato acontece. Assim como a respiração celular, a fotossíntese envolve várias reações químicas divididas em duas grandes etapas: a etapa fotoquímica, que acontece na presença de luz, e a etapa química, que independe da energia luminosa para acontecer. Apesar de dizermos que o produto direto da fotossíntese é a glicose, na verdade, o glicídio que se forma é o gliceraldeído-3-fosfato (PGAL), uma molécula que possui três átomos de carbono e é convertida em amido (polissacarídeo) ou sacarose (dissacarídeo). 4.2 Fase fotoquímica ou clara: 1ª etapa As reações da etapa fotoquímica são chamadasreações de claro e acontecem nos tilacoides do cloroplasto. Esta etapa se inicia com a transferência da energia luminosa para a molécula de clorofila. A energia luminosa energiza os elétrons da clorofila, transferindo-os para moléculas da coenzima NADP+ ali presentes, reduzindo-a a NADPH. Simultaneamente ocorre a fotólise da água. Essa reação libera gás oxigênio (O2), átomos de hidrogênio (H+) e elétrons (e-).Todo esse processo químico é chamado de fotofosforilação, porque a energia utilizada na síntese de ATP (fosforilação) é proveniente da luz (foto). Agora que entendemos o que acontece na etapa fotoquímica, vamos entrar nos detalhes! Quando a luz é absorvida por um dos muitos pigmentos no fotossistema II (PSII), a energia é transferida para seu interior e vai “saltando”, de pigmento para pigmento, até atingir o centro de reação. Essa transferência de energia é suficiente para excitar elétrons e fazê-los viajar por uma cadeia de citocromos, até serem depositados no centro de reação do PSI. Esse processo é chamado fotofosforilação acíclica. Ao mesmo tempo, a energia luminosa realiza a quebra de moléculas de água (fotólise), liberando O2 para a atmosfera e enviando elétrons para substituir os que foram perdidos do centro de reação. Os elétrons transportados pela cadeia de citocromos liberam energia durante o deslocamento, que é utilizada para bombear íons H+ para o tilacoide, criando um gradiente eletroquímico. Esses íons retornam ao estroma através da ATP-sintase, sintetizando ATP (processo conhecido como quimiosmose). Da mesma forma que a absorção de luz ocorre na PSII, ela também ocorre na PSI. Contudo, quando a energia luminosa atinge o centro de reação desse fotossistema, ele emite elétrons que não serão transportados por citocromos, mas sim capturados pela coenzima NADP+, fazendo com que ela seja reduzida a NADPH+. Esse processo é chamado fotofosforilação cíclica. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 25 A energia luminosa entra nos tilacoides e energiza os elétrons da clorofila. Esses elétrons são transportados por uma cadeia transportadora proteica (citocromos) e ao final são captados pelo NADP+. A fotólise da água acontece ao mesmo tempo. Os elétrons liberados na quebra da água são absorvidos pela clorofila, o oxigênio é liberado para a célula e os H+ fornecem energia para a formação de uma molécula de ATP. 4.3 Fase química ou escura: 2ª etapa As reações da etapa química são chamadas reações de escuro e acontecem no estroma do cloroplasto. Elas levam esse nome porque podem ser realizadas independentemente da presença de luz. Esta etapa é bem mais lenta que a primeira e é nela que o gás carbônico é transformado em glicose. O CO2 proveniente do ar atmosférico é reduzido pela coenzima NADPH2 formada na etapa fotoquímica, que volta a ser NADP+. Ao se reduzir, o CO2 é fixado na planta, ou seja, seu carbono passa a integrar o vegetal na forma de açúcar. Essa fixação demanda o ATP produzido na etapa clara. Para que essa conversão do CO2 em açúcar aconteça, são necessárias várias reações complexas que compõem o ciclo de Calvin, também conhecido como ciclo de Calvin-Benson ou ciclo das pentoses. As reações do ciclo de Calvin podem ser divididas em três etapas principais: fixação do carbono, redução de açúcares e regeneração da molécula inicial. O ciclo começa com a fixação do carbono através da reação de uma molécula de CO2 atmosférico (cuja entrada na planta se dá pelos poros foliares conhecidos como estômatos) com um açúcar de cinco carbonos chamado ribulose 1,5-bifosfato (RuBP). Esta reação é catalisada pela enzima rubisco e origina duas moléculas de três carbonos (2 moléculas de fosfoglicerato, conhecidas como PGA). Em seguida, moléculas de ATP e NADPH originadas da etapa fotoquímica são reduzidas e, em contato com as moléculas de PGA, convertem-nas em duas moléculas de gliceraldeído-3-fosfato (G3P). Uma das moléculas de G3P é usada para gerar a glicose, enquanto a outra finaliza o ciclo, restaurando a RuBP e a enzima rubisco. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 26 Para formar uma molécula de glicose (6C) são necessárias 3 moléculas de CO2 fixadas (pois cada uma gera 2 G3P) e 6 passagens pelo ciclo de Calvin. Qual a impotância da fotossíntese? A importância da fotossíntese está no fato de que ela utiliza substâncias inorgânicas simples e pouco energéticas como matéria prima, como o CO2, e produz moléculas mais complexas e de alto valor energético, como a glicose e gás oxigênio. A glicose funciona como fonte de energia e precursor dos demais componentes orgânicos dos seres autótrofos. Como ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 27 estes são a base das cadeias alimentares, sendo chamados de produtores, eles acabam fornecendo energia para os seres heterótrofos também, que deles se alimentam. Já em relação ao oxigênio, além de ser utilizado na respiração dos organismos fotossintetizantes, praticamente todo o O2 existente na atmosfera em concentração adequada à vida é resultante da fotossíntese. Além disso, grande fração dos recursos energéticos do planeta, produzidos tanto no presente (biomassa) como em tempos remotos (combustível fóssil), é resultante da atividade fotossintética. Resumindo a fotossíntese! 4.4 Fotorrespiração A rubisco (RuBP) é uma enzima fundamental no processo de fotossíntese ao incorporar dióxido de carbono (CO2) em uma molécula orgânica durante a primeira passagem no ciclo de Calvin. Contudo, ela pode utilizar tanto o CO2 quanto o O2 como substrato, adicionando qualquer uma dessas duas moléculas à ribulose 1,5-bifosfato. A reação que usa CO2 corresponde à primeira etapa do ciclo de Calvin e leva à formação de açúcar, como vimos acima. A reação que usa O2 inicia uma via chamada fotorrespiração, que, ao invés de fixar carbono, leva à perda do carbono já fixado como CO2, desperdiçando energia e diminuindo a síntese de açúcar. Etapa Escura ou Química ▪ 3 CO2 se ligam a 3 RuBP, produzindo 6 G3P ▪ 1 molécula de G3P deixa o ciclo para formar glicose ▪ 5 moléculas de G3P são recicladas, regenerando a RuBP ▪ 9 ATP e 6 NADPH2 são utilizados Etapa Clara ou Fotoquímica ▪ A clorofila recupera seus elétrons perdidos a partir dos elétrons liberados na fotólise da água ▪ Os átomos de hidrogênio propiciam condições para que a enzima ATP- sintetase produza ATP a partir de uma molécula de ADP ▪ Gás oxigênio é liberado para o meio 2 H2O → 4 e- + 4H+ + O2 ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 28 Fotorrespiração é um sistema contrário à fotossíntese, no qual a planta se baseia no uso de oxigênio para produzir dióxido de carbono, consumindo a energia gerada durante as fases anteriores da fotossíntese. Os fatores determinantes sobre qual dessas moléculas, CO2 ou O2, será utilizada como substrato são as suas concentrações relativas e a temperatura. Quando os estômatos de uma planta estão abertos, o CO2 difunde-se para dentro da folha e o O2 é liberado no ambiente. No entanto, quando a planta fecha seus estômatos para reduzir a perda de água pela evaporação, o O2 produzido na fotossíntese fica impossibilitado de sair e acumula-se no interior da folha. Assim, a rubisco passa a utilizá-lo em maior frequência, aumentando a fotorrespiração. Além disso, a rubisco também possui maior afinidade ao O2 quando a temperatura está elevada. Então, condições ambientais quentes e secas tendem a causar maior fotorrespiração. A fotorrespiração começa no cloroplasto, quando se liga ao O2, produzindo duas moléculas: um composto de 3 carbonos, o 3PGA, e um composto formado por 2 carbonos, o fosfoglicolato. O 3PGA é um intermediário normaldo ciclo de Calvin, mas o fosfoglicolato não, e, portanto, não entra no ciclo. Assim, dizemos que esses dois carbonos do fosfoglicolato são “roubados” do ciclo de Calvin. Para recuperá-los, as plantas submetem o fosfoglicolato a uma série de reações que envolvem o transporte desses carbonos por várias organelas (cloroplasto, peroxissomo e mitocôndria) e o gasto de dois ATP e dois NADH. Como a via da fotorrespiração funciona de fato? Vamos seguir a via do fosfoglicolato, começando quando ele acaba de ser produzido no cloroplasto pela reação oxigenase da rubisco. 1) Primeiro, o fosfoglicolato é convertido em glicolato no interior do cloroplasto. O glicolato, então, vai até o peroxissomo, onde é convertido no aminoácido glicina. 2) A glicina vai do peroxissomo para uma mitocôndria. Lá, duas moléculas de glicina (por ex., de duas repetições da via) são convertidas em serina, um aminoácido de 3 carbonos. Este processo libera uma molécula de CO2. 3) A serina retorna para o peroxissomo, onde é convertida em glicerato. No cloroplasto, o glicerato é transformado em 3- PGA e pode, assim, entrar no ciclo de Calvin. Podemos então classificar as plantas em três tipos quanto aos mecanismos de assimilação de carbono: plantas C3, plantas C4 e plantas MAC. A maioria das plantas são plantas C3 e não têm características especiais para combater a fotorrespiração. Assim, elas só executam o ciclo de Calvin para a assimilação de carbono, e são assim denominadas devido ao composto de três carbonos (3-PGA) produzido pela reação de fixação. São exemplos de plantas C3 o arroz, o trigo, a soja e todas as árvores. As vias metabólicas C4 e MAC são duas adaptações – características resultantes da seleção natural – que permitem minimizar a fotorrespiração, pois trabalham assegurando que a ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 29 rubisco sempre encontre altas concentrações de CO2, tornando bastante improvável a ligação com o O2. As plantas C4 minimizam a fotorrespiração ao separar, no espaço, a fixação inicial de CO2 e o ciclo de Calvin, realizando estas etapas em tipos de células diferentes. As reações dependentes da luz (fixação inicial do carbono) acontecem nas células do mesofilo (tecido esponjoso no meio da folha) e o ciclo de Calvin acontece em células especiais ao redor das nervuras, chamadas de células da bainha do feixe vascular. Esta estratégia minimiza a fotorrespiração. Plantas C4 são comuns em locais quentes, mas são menos abundantes em áreas mais frias. São exemplos a cana-de-açúcar e o milho. As plantas MAC (metabolismo ácido das crassuláceas) minimizam a fotorrespiração e armazenam água separando estas etapas no tempo, entre noite e dia. À noite, elas abrem seus estômatos e permitem a difusão do CO2 para o interior das folhas. Na luz do dia, as plantas MAC não abrem seus estômatos, mas ainda podem fazer fotossíntese, porque guardaram CO2 na noite anterior. Como seus estômatos abrem-se somente à noite, quando a umidade tende a ser mais alta e as temperaturas são mais frias, essas plantas são típicas de áreas muito secas e quentes, como os desertos. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 30 4.5 Fatores que limitam a fotossíntese A intensidade com a qual uma célula realiza a fotossíntese pode ser avaliada pela quantidade de oxigênio que ela libera para o ambiente ou pela quantidade de gás carbônico que ela consome. A taxa fotossintética pode, então, aumentar ou diminuir em função de alguns fatores limitantes. Estes fatores podem ser internos (como a quantidade de pigmentos fotossintetizantes e disponibilidade de enzimas e cofatores) ou externos (como a intensidade da luz, da hidratação, a temperatura, entre outros). Dos fatores externos, a intensidade luminosa com certeza é um dos mais importantes. Embora a taxa fotossintética aumente conforme a intensidade luminosa, esse aumento não é indefinido. Ele ocorre somente até que todas as moléculas de pigmentos fotossintetizantes estejam em uso. A partir daí, a planta não tem como captar uma quantidade adicional de luz, deixando, portanto, de ser um fator limitante para o processo. Dizemos que a fotossíntese atingiu seu ponto de saturação luminosa. Mas, se a exposição à luz continuar aumentando, a planta chega a um ponto em que a atividade fotossintética é inibida. Trata-se do ponto de inibição da fotossíntese pelo excesso de luz. A partir dele, a célula inicia a etapa química. 4.6 Relação respiração x Fotossíntese As plantas, assim como os animais, respiram o tempo todo: de noite e de dia, mas só realizam fotossíntese na presença de luz. Todos os seres vivos precisam da energia vin¬da da respiração celular para sobreviver. Dessa forma, por meio da fotossíntese a planta produz seu alimento, e na respiração celular utiliza-o para obter energia. O ponto de compensação luminoso corresponde à taxa de luz em que a atividade fotossintetizante é igual à atividade respiratória. Isso significa que, nesse ponto, a planta consome na respiração uma quantidade de O2 equivalente à produzida na fotossíntese, ou consome na fotossíntese uma quantidade de CO2 equivalente à liberada pela respiração. Caso uma planta permaneça indefinidamente no ponto de compensação ou abaixo dele, a planta não sobreviverá. Nessas circunstâncias, ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 31 ela não disporá de alimentos para garantir a manutenção de sua atividade nos momentos em que somente respira (ausência de luz): a planta, portanto, irá definhar até a morte. QUESTÕES PARA MEMORIZAÇÃO (UNIC MT/2017) Observando-se a variação metabólica de um vegetal ao longo de um período de 18 horas, é correto afirmar: 01. No período de 6 a 8 horas, o vegetal apresentou uma intensidade fotossintética maior do que seu processo respiratório. 02. O vegetal em análise atingiu seu ponto de compensação nos períodos entre 8 e 16 horas. 03. A atividade respiratória foi mais intensa até 8 horas. 04. Entre 8 e 16 horas, a planta consumiu mais do que sintetizou. 05. No período de 12 horas, a liberação do CO2 atingiu seu pico máximo. Comentários A afirmativa 01 está errada, porque entre 6 e 8 horas, a atividade fotossintética é menor que a respiração exercida pela planta. A afirmativa 02 está errada, porque o ponto de compensação, isto é, o momento em que as taxas de fotossíntese e respiração se igualam, ocorre exatamente às 8h e às 16h, não entre esse período. Às 10h, por exemplo, a taxa fotossintética é muito maior que a taxa respiratória. A afirmativa 03 está errada, porque a atividade respiratória é constante durante todo o período. A afirmativa 04 está errada, porque entre 8 e 16 horas, a planta produziu mais do que consumiu. A afirmativa 05 está errada, porque no período de 12h ocorreu a captação máxima de CO2, já que a atividade fotossintética é máxima. Não há alternativa certa para esta questão. No entanto, o gabarito oficial considera a alternativa 02 como correta, o que não é verdade, já que o ponto de compensação fótico não compreende um período, e sim o momento de equivalência das taxas de ambos os processos. Gabarito: 02 (oficial). Não há gabarito. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 32 5. Quimiossíntese Em ambientes onde não há luz solar, os organismos dependem da produção primária por meio de um processo chamado quimiossíntese, que funciona com energia química. A quimiossíntese é um processo em que a energia utilizada na formação de compostos orgânicos provém da oxidação de substâncias inorgânicas. Entre as moléculas inorgânicas que esses organismos utilizam como fonte de energia, podemos citar o sulfeto de hidrogênio (H2S), o enxofre elementar (S), a amônia (NH3),os íons nitrito (NO2-), o gás hidrogênio (H2), os íons de ferro (Fe2+) e o monóxido de carbono (CO). O processo de quimiossíntese é realizado por bactérias que vivem nos oceanos profundos, onde a luz do sol não penetra, por bactérias que vivem em ambientes ensolarados, como as bactérias de ferro (ferrobactérias) e algumas bactérias do solo (nitrobactérias), bactérias que vivem em fontes hidrotermais (sulfobactérias) e pelas bactérias que podem combinar dióxido de carbono e hidrogênio para produzir metano (metanobactérias). ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 33 6. Lista de Questões 1. (FGV/2019) As mitocôndrias e os cloroplastos são organelas que se assemelham quanto ao metabolismo responsável pela síntese de ATP. Porém, para que ocorra tal síntese, a energia utilizada provém de fontes e etapas metabólicas diferentes, sendo que a) nas mitocôndrias, a maior produção de ATP ocorre na primeira etapa da respiração, e, nos cloroplastos, na última etapa da fotossíntese. b) as mitocôndrias utilizam a energia contida nos polissacarídeos, e os cloroplastos utilizam a energia contida nos monossacarídeos. c) nas mitocôndrias, a maior produção de ATP ocorre concomitante à formação da molécula de água, e, nos cloroplastos, ocorre concomitantemente com a quebra da molécula de água. d) as mitocôndrias utilizam energia das enzimas consumidas na respiração celular, e os cloroplastos utilizam energia contida na molécula de clorofila. e) nas mitocôndrias, a maior parte da energia é produzida durante o ciclo de Krebs (ciclo do ácido cítrico), e, nos cloroplastos, no ciclo de Calvin-Benson (ciclo das pentoses). 2. (FCM MG/2019) Observe a imagem que representa importantes processos biológicos. (https://conceitos.com/fotossintese/) É CORRETO afirmar que a) a seta 1 indica a liberação de uma importante molécula originada da quebra do H2O. b) a seta 2 mostra o direcionamento de uma molécula que sofrerá quebra e formará moléculas de ATP. c) a seta 3 mostra a liberação de energia exclusiva para produção de um carboidrato. d) a seta 4 indica a energia que desencadeia o processo de desnitrificação. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 34 3. (UEPG/2019) A fermentação pode ser definida, de forma geral, como um processo de degradação de moléculas orgânicas, que ocorre na ausência de oxigênio e induz a liberação de energia. Considerando o esquema representativo abaixo, assinale o que for correto. Adaptado de: Amabis, JM; Martho, GR. Biologia das Células. 2ª ed. Volume 1. Editora Moderna, São Paulo. 2004. 01. Na fermentação láctica (III), o ácido pirúvico (A) originado da glicólise (I) é transformado em ácido láctico (C). Esse processo é realizado por certas bactérias que fermentam o leite, os lactobacilos. 02. Durante um exercício muito intenso, o gás oxigênio que chega aos músculos pode não ser suficiente para suprir as necessidades respiratórias das células musculares, as quais só mantêm a produção de ATP em (I) se ocorrer o processo representado em (III). 04. Em II (processo de fermentação alcoólica), o ácido pirúvico (A) transforma-se em álcool etílico (B) e gás carbônico. Este processo pode ser realizado pela levedura Saccharomyces cerevisiae para a fabricação de pães. 08. O lactato (A) é produzido a partir de glicose, resultante do processo de fermentação láctica (I), e leva à liberação de 2 moléculas de ATP e 2 de NADH. 4. (FCM MG/2019) Observe o esquema a seguir, que trata de um importante processo que ocorre em alguns seres vivos. Em relação a ele, pode-se dizer que: ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 35 (Disponível em: https://slideplayer.com.br/slide/1271408/ acesso em: 23/03/19.) a) O NADPH2 será o fornecedor de hidrogênio para a molécula de glicose. b) A molécula de ADP transfere seus elementos químicos para a glicose. c) O ATP formado será utilizado imediatamente como constituinte celular. d) A luz é responsável pela quebra do CO2. 5. (UCB DF/2019) No que se refere ao processo de respiração celular para obtenção de energia, assinale a alternativa correta. a) A glicólise é uma sequência de 15 reações químicas catalisadas por enzimas livres no citosol. O processo tem início com a ativação da molécula de glicose, que ocorre pela adição de dois fosfatos energéticos provenientes de duas moléculas de ATP. Com isso, a molécula de glicose torna-se instável e quebra-se em duas moléculas de piruvato. O consumo inicial de dois ATP é recuperado com a produção de dois ATP resultados da quebra da glicose em dois ácidos pirúvicos. b) No ciclo de Krebs, o ácido pirúvico produzido na glicólise é transportado para a crista mitocondrial e reage com a coenzima-A. Em seguida, em uma sequência de 11 reações, são produzidas duas moléculas de acetilcoenzima A e uma molécula CO2. Ao final do ciclo do ácido cítrico, são formados: 2 CO2 + 3 NADH + 2 FADH2 + 1 GTP. c) Na fosforilação oxidativa, realiza-se a maior parte da síntese de ATP gerada na respiração celular. Essa produção ocorre por causa da reoxidação das moléculas de NADH e FADH2, em que são liberados elétrons de alto nível energético que, após perderem seu excesso de energia, reduzem o gás oxigênio a moléculas de água, de acordo com as seguintes equações gerais: 2 NADH + 2 H+ + 2 O2 2 NAD+ + H2O e 2 FADH2 + 2 O2 2 FAD + H2O. d) Todas as nossas células oxidam glicídios para a obtenção de energia. Algumas, como as células nervosas do encéfalo, obtêm praticamente toda a energia que necessitam pela ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 36 oxidação aeróbia da glicose. É por isso que nosso organismo precisa manter estável a taxa desse glicídio no sangue. Sua diminuição pode causar desmaio e até mesmo coma, por afetar diretamente o sistema nervoso. A glicose fica armazenada no fígado na forma de triglicerídios e é liberada no sangue quando há diminuição da glicemia. e) Apesar da importância da oxidação dos glicídios nas células, a maior parte da energia utilizada pelo organismo é proveniente de lipídios. A degradação de 1 g de triglicerídio com formação de gás carbônico gera seis vezes mais ATP do que a oxidação de uma quantidade equivalente de glicogênio. 6. (FUVEST SP/2018) A levedura Saccharomyces cerevisiae pode obter energia na ausência de oxigênio, de acordo com a equação C6H12O6 → 2 CO2 + 2 CH3CH2OH + 2 ATP. Produtos desse processo são utilizados na indústria de alimentos e bebidas. Esse processo ocorre _____________ da levedura e seus produtos são utilizados 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. 7. (UNITAU SP/2018) A figura abaixo representa o processo de geração de energia nas células eucarióticas, que compreende as etapas A, B e C. As etapas B e C ocorrem dentro da mitocôndria, enquanto a etapa A ocorre no citosol (hialoplasma). ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 37 Com relação a essa figura, afirma-se: I. A etapa A representa a glicólise: uma molécula de glicose gera 2 moléculas de ácido pirúvico e também um saldo de 2 ATPs. II. A etapa B indica a utilização do ácido pirúvico para o processo fermentativo, que produz NADH e FADH2. Esses compostos são utilizados na geração de ácido lático ou de etanol, representado pela etapa C. III. A etapa C representa a cadeia respiratória, em que os elétrons de NADH e FADH2 são transferidosde uma molécula transportadora para outra. Está CORRETO o que se afirma em a) I, apenas. b) II, apenas. c) I e II, apenas. d) I e III, apenas. e) III, apenas. 8. (ENEM/2017) Em razão da grande quantidade de carboidratos, a mandioca tem surgido, juntamente com a cana-de-açúcar, como alternativa para produção de bioetanol. A produção 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 produção desse combustível é a a) respiração. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 38 b) degradação. c) fotossíntese. d) fermentação. e) quimiossíntese. 9. (IFBA/2017) Muitos dizem que Usain Bolt não corre, voa. Ou que o jamaicano não é de carne e osso. Eis as explicações de John Brewer, diretor da Escola de Saúde Esportiva e Ciências Aplicadas da Universidade de St. Mary’s, na Inglaterra: [...] Muitos nem se preocupam em respirar, já que isso os tornaria mais lentos. E nesta alta intensidade o oxigênio não importa. [...] Ele criou uma alta porcentagem de energia anaeróbica, o que resulta em falta de oxigênio. Por isso vemos que ele, como os outros atletas, respira profundamente. A frequência cardíaca começa a baixar e a se estabilizar, mas o ácido lático se deslocará dos músculos ao sangue, o que pode causar tonturas e náuseas. Mas, claro, Bolt está eufórico e parece com bastante energia. Isso ocorre pela liberação de endorfina, o ópio natural do corpo, (...) que permite a Bolt aproveitar sua nova façanha olímpica. A diferença é que 80% da musculatura de Usain Bolt é composto por ‘fibras rápidas’ (Disponível em: http://www.bbc.com/portuguese/geral--37084886#share-tools). Acesso em:10/09/2016 Considerando-se o alto desempenho do atleta Usain Bolt e as vias metabólicas de obtenção de energia por parte do organismo, podemos avaliar para esta situação que: a) A respiração celular como via exclusiva de obtenção de energia, por degradar completamente a molécula orgânica com maior aproveitamento energético, condição que possibilita o êxito do atleta. b) A fermentação láctica como estratégia de obtenção de energia, condição que leva o organismo a consumir maior quantidade de matéria orgânica para compensar a ausência do oxigênio no processo. c) A fermentação láctica como a via metabólica utilizada, condição que leva às náuseas e tonturas em virtude do álcool etílico produzido. d) A ausência de mitocôndrias nos músculos do atleta favorece o processo da fermentação láctica, pois serve como estratégia que aumenta suas chances de melhor desempenho. e) O elevado número de mitocôndrias nos músculos do atleta favorece a grande disponibilidade de energia por parte dessas organelas que realizam a respiração celular. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 39 10. (UNIOESTE PR/2017) O processo de fotossíntese consiste, basicamente, na produção de compostos orgânicos a partir do CO2 e H2O, utilizando energia luminosa. Este processo ocorre nos organismos clorofilados, tais como as plantas. Em relação à fotossíntese nos vegetais, são feitas as seguintes afirmativas: I. A energia luminosa solar é captada por pigmentos presentes nos cloroplastos, sendo os principais denominados clorofilas a e b; II. Quanto maior a concentração de CO2 e a intensidade luminosa, maior será a taxa fotossintética; III. O único fator limitante do processo é a energia luminosa, uma vez que o processo não ocorre na ausência de luz; IV. O ponto de compensação fótico corresponde à intensidade de energia luminosa na qual as taxas de fotossíntese e de respiração se equivalem. São VERDADEIRAS as afirmativas a) I e II. b) I e IV. c) II e III. d) I e III. e) III e IV. 11. (UFGD MS/2017) Sobre a respiração celular, assinale a alternativa correta: a) Podemos dividir a respiração celular nas seguintes etapas: glicólise, Ciclo de Krebs e cadeia respiratória. b) A cadeia respiratória ocorre nos cloroplastos e promove a conversão das moléculas produzidas durante as fases anteriores (NADH2, FADH2 e GTP) em moléculas de ATP. c) A glicólise ocorre no citoplasma da célula e produz ácido pirúvico a partir da frutose. d) Ao final da cadeia respiratória, o Ciclo de Krebs permitirá a formação de 24 ADPs. e) Todas as alternativas estão corretas. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 40 12. (UECE/2017) Qualquer ser vivo precisa de energia para realizar suas funções metabólicas. Seres vivos aeróbios realizam o processo conhecido como respiração celular, sobre o qual é correto afirmar que a) a glicólise, etapa da respiração celular também conhecida como fermentação, acontece na ausência de oxigênio. b) compreende um processo pouco eficiente, pois são obtidos apenas 2 ATP. c) o ATP é utilizado e produzido na respiração celular, sendo moeda energética também na respiração anaeróbia. d) na cadeia respiratória o receptor final do carbono é o oxigênio, formando o CO2. 13. (UEMG/2017) Analise o esquema, a seguir, que representa as três etapas de um processo metabólico energético. Fonte: CAMPBELL, Neil e colaboradores. Biologia. Editora Artmed. 8ª edição, 2010, p.176. 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 CO2 ocorrerá na fosforilação oxidativa. c) a etapa I é comum aos metabolismos de respiração anaeróbia e aeróbia. d) os procariotos, por não apresentarem mitocôndrias, não realizam a etapa III. 14. (UEFS BA/2017) Na tabela apresentada, notam-se variações de fermentação com algumas características. A partir dessa observação e com os conhecimentos sobre o assunto, é correto afirmar: ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 41 01. Independente do tipo de fermentação, essa ocorrerá, na ausência de oxigênio, no interior de organelas membranosas. 02. Na fermentação, ocorrerá, invariavelmente, a descarboxilação da molécula orgânica. 03. A fermentação é realizada apenas por organismos procariontes. 04. O aceptor final de hidrogênio na fermentação será um composto inorgânico. 05. O produto final é energético por ter sido originado de uma quebra parcial da molécula orgânica. 15. (PUC RS/2017) Observe as reações químicas abaixo: II. C6H12O6 → 2 C5H5OH + 2 CO2 + ENERGIA II. 6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O III. C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + ATP A partir da análise das reações acima, marque a alternativa correta. a) A reação I é catabólica e corresponde à respiração celular. b) A reação I é exotérmica e pode explicar a hipótese heterotrófica para a origem da vida. c) A reação II corresponde a um processo dividido em duas fases que são dependentes de luz para a sua ocorrência. d) A reação II é um tipo de reação anabólica que não pode ser realizada por indivíduos do Domínio Eukarya. e) A reação III, embora seja aeróbica, produz um saldo energético inferior à reação I. 16. (PUC GO/2017) […] Aos domingos, quando Zana me pedia para comprar miúdos de boi no porto da Catraia, eu folgava um pouco, passeava ao léu pela cidade, atravessava as pontes metálicas, ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ →⎯ Luminosa Energia ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 42 perambulava nas áreas margeadas por igarapés, os bairros que se expandiam àquela época, cercando o centro de Manaus. Via um outro mundo naqueles recantos, a cidade que não vemos, ou não queremos ver. Um mundo escondido, ocultado, cheio de seres que improvisavamtudo para sobreviver, alguns vegetando, feito a cachorrada esquálida que rondava os pilares das palafitas. Via mulheres cujos rostos e gestos lembravam os de minha mãe, via crianças que um dia seriam levadas para o orfanato que Domingas odiava. Depois caminhava pelas praças do centro, ia passear pelos becos e ruelas do bairro da Aparecida e apreciar a travessia das canoas no porto da Catraia. O porto já estava animado àquela hora da manhã. Vendia-se tudo na beira do igarapé de São Raimundo: frutas, peixe, maxixe, quiabo, brinquedos de latão. O edifício antigo da Cervejaria Alemã cintilava na Colina, lá no outro lado do igarapé. Imenso, todo branco, atraía o meu olhar e parecia achatar os casebres que o cercavam. […]. Mirava o rio. A imensidão escura e levemente ondulada me aliviava, me devolvia por um momento a liberdade tolhida. Eu respirava só de olhar para o rio. E era muito, era quase tudo nas tardes de folga. Às vezes Halim me dava uns trocados e eu fazia uma festa. Entrava num cinema, ouvia a gritaria da plateia, ficava zonzo de ver tantas cenas movimentadas, tanta luz na escuridão. […]. (HATOUM, Milton. Dois irmãos. 19. reimpr. São Paulo: Companhia das Letras, 2015. p. 59-60.) Considere o fragmento retirado do texto: “O edifício antigo da Cervejaria Alemã cintilava na Colina, lá no outro lado do igarapé”. A cerveja, uma das mais antigas bebidas alcoólicas do mundo, em muitos países, é consumida com paixão. Com sabores que variam de acordo com a sua produção, trazem também variações de cor e agradam a públicos variados, desde os mais jovens aos mais idosos. Há quem prefira consumi-la natural ou, como dizem os brasileiros, “estupidamente gelada”. Sobre o processo de fabricação de cervejas, é correto afirmar que: a) os ingredientes básicos da cerveja são: água, uma fonte de amido, uma levedura de cerveja e o lúpulo. b) a principal fonte de açúcar da cerveja é o lúpulo, carboidrato fermentável responsável pelo teor alcoólico da bebida. c) a fermentação da cerveja é um processo aeróbico de conversão de carboidratos em álcool e gás carbônico por meio da utilização de leveduras. d) a diferente composição mineral da água nada interfere no caráter regional e no sabor dos diferentes tipos de cerveja. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 43 17. (UNIPÊ PB/2016) O metabolismo anaeróbico não é tão raro como parece, já que o ácido lático se forma regularmente nos músculos que trabalham com intensidade. Assim, durante todos os tipos de exercícios atléticos, 100m rasos, por exemplo, ocorre um notável aumento na concentração de ácido lático do sangue. Sobre o processo a que se refere o texto, é correto afirmar: 01) Ocorre sem a necessidade de uma compartimentação do citoplasma. 02) A desidrogenação que ocorre em sua etapa inicial proporciona um maior rendimento energético. 03) O ácido pirúvico é descarboxilado, ocorrendo assim a produção do produto final. 04) Se o atleta tivesse um maior suprimento de glicose, reduziria a possibilidade de ocorrer o processo fermentativo. 18. (IFCE/2016) O processo de fermentação é uma atividade biológica que os seres humanos utilizam para a produção de alimentos há bastante tempo, mesmo antes da industrialização. Sobre esse tema, é correto afirmar-se que a) a cachaça e o álcool combustível são obtidos pela fermentação dos açucares presentes na cana. b) a fermentação é um tipo de respiração que consome O2 livre. c) bactérias, vírus e protozoários são frequentemente utilizados pela indústria para a produção de alimentos. d) bebidas lácteas e queijos são produzidos a partir da fermentação láctica e alcoólica, respectivamente. e) O trifosfato de adenosina (ATP), liberado durante a fermentação da farinha de trigo, faz com que o pão cresça. 19. (UDESC SC/2015) Toda energia para a manutenção dos seres vivos tem origem a partir da degradação de moléculas orgânicas. No entanto, nos seres vivos, esta degradação não transfere a energia diretamente para os processos celulares, e sim para uma molécula que é utilizada em diferentes processos metabólicos das células. Assinale a alternativa que contém o nome da molécula utilizada nos processos metabólicos celulares. a) trifosfato de adenosina ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 44 b) glicose c) glicídio d) glucagon e) glicina 20. (UESB BA/2015) SER PROTAGONISTA: Biologia. Obra coletiva. 2. ed. São Paulo: Edições SM, 2014, p.156. A figura representa uma analogia entre uma etapa do processo fotossintético e um sistema mecânico hipotético.Considerando-se que o fóton precisa excitar a clorofila para que o mecanismo possa ser ativado, pode-se afirmar que a reação fotoquímica representada é a a) fotofosforilação cíclica. b) ciclo das pentoses (calvin). c) fotólise da água. d) ciclo de Krebs. e) fotofosforilação acíclica. 21. (FCM PB/2015) Sabe-se que a glicose é usada como combustível para a respiração celular. Entretanto, aminoácidos, glicerol e ácidos graxos também podem participar desse processo. A respiração se processa em três etapas distintas: glicólise, cadeia respiratória e ciclo de Krebs que visam à liberação de energia a partir da quebra de moléculas orgânicas complexas. Assinale a alternativa CORRETA com relação a essas etapas: ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 45 a) O uso de O2 se dá no citoplasma, durante a glicólise. b) Tanto a glicólise quanto a cadeia respiratória ocorrem no citoplasma da célula. c) Durante o ciclo de Krebs, uma molécula de glicose é quebrada em 2 moléculas de ácido pirúvico. d) Por meio da cadeia respiratória, que acontece nas cristas mitocondriais, ocorre transferência dos hidrogênios pelo NAD e FAD, formando água. e) Das fases de respiração, a glicólise é uma via metabólica que acontece apenas nos processos de aerobiose, enquanto o ciclo de Krebs ocorre também em anaerobiose. 22. (OBB/2015) A molécula de piruvato, formada ao final da glicólise, pode seguir diferentes rotas bioquímicas, podendo ser convertida em a) etanol nos músculos, em condições anaeróbicas. b) acetil-CoA no cérebro, em condições aeróbicas. c) lactato nos músculos, em condições aeróbicas. d) acetil-CoA nos músculos, em condições anaeróbicas. e) glicerol nos eritrócitos, em condições aeróbicas. 23. (ENEM/2015) Normalmente, as células do organismo humano realizam a respiração aeróbica, na qual o consumo de uma molécula de glicose gera 38 moléculas de ATP. Contudo, em condições anaeróbicas, o consumo de uma molécula de glicose pelas células é capaz de gerar apenas duas moléculas de ATP. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 46 Qual curva representa o perfil de consumo de glicose, para manutenção da homeostase de uma célula que inicialmente está em uma condição anaeróbica e é submetida a um aumento gradual da concentração de oxigênio? a) 1. b) 2. c) 3. d) 4. e) 5. 24. (OBB/2015) A análise de exames de esforço físico permite acompanhar diversas variáveis fisiológicas. Neste teste aumenta-se a carga a cada minuto em 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% e 90% da carga máxima (1RM) ou até a exaustão voluntária. Observe o comportamento de quatro variáveis fisiológicas nos gráficos abaixo: Comportamento das variáveis fisiológicas, ventilação, volume de dióxido de carbono, glicemia e frequência cardíaca. (Fonte: Takehara, J. C.; et al.2008). Na escassez de glicose, outros compostos não glicídicos poderão ser utilizados para sua regeneração. Este processo, denominado gliconeogênese, pode ocorrer no fígado a partir dos seguintes substratos: a) glicerol, ácidos graxose lactato. b) glicerol, aminoácidos e lactato. c) ácidos graxos, aminoácidos e lactato. d) glicogênio, glicerol e ácidos graxos. e) glicogênio, aminoácidos e lactato. 25. (UNIUBE MG/2014) Algumas reações químicas do metabolismo celular e rotas metabólicas envolvem liberação de energia, enquanto outras requerem o fornecimento ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 47 de energia. Na maioria das vezes, a energia do metabolismo celular é representada pelo Trifosfato de Adenosina (ATP). Analise os gráficos abaixo e assinale a alternativa correta. II. O gráfico “A” representa uma reação ou rota metabólica onde ocorre liberação de energia. II. O gráfico “B” representa uma reação ou rota metabólica onde ocorre liberação de energia. III. Em uma reação como indicado no gráfico “A”, uma parte da energia pode ser direcionada para a produção de ATP. IV. Em uma reação como indicado no gráfico “B”, o ATP pode fornecer a energia necessária para que a reação ocorra. Estão CORRETAS as afirmações contidas em: a) II e III, apenas b) I e IV, apenas c) I, III e IV, apenas d) II, III e IV, apenas e) I, II e III, apenas 26. (UFAC/2011) Em 1980, Umberto Eco publicou o livro O nome da rosa, romance ambientado em um mosteiro medieval, onde vários crimes aconteceram. Os mortos eram encontrados com a língua e os dedos escuros, indicando que folhearam livros com páginas envenenadas por cianureto (cianeto de potássio). Essa substância é extremamente tóxica, pois compromete a produção do ATP feita na célula, ligando-se ao citocromo a3. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 48 A alternativa que indica a etapa inibida pelo cianureto e o local onde ocorre, respectivamente, é: a) Ciclo do ácido tricarboxílico, citosol. b) Cadeia respiratória, matriz mitocondrial. c) Glicólise, citoplasma. d) Cadeia respiratória, citoplasma. e) Cadeia respiratória, cristas mitocondriais. 27. (UFSCar/2006) Os ingredientes básicos do pão são farinha, água e fermento biológico. Antes de ser levada ao forno, em repouso e sob temperatura adequada, a massa cresce até o dobro de seu volume. Durante esse processo predomina a a) respiração aeróbica, na qual são produzidos gás carbônico e água. O gás promove o crescimento da massa, enquanto a água a mantém úmida. b) fermentação lática, na qual bactérias convertem o açúcar em ácido lático e energia. Essa energia é utilizada pelos microrganismos do fermento, os quais promovem o crescimento da massa. c) respiração anaeróbica, na qual os microrganismos do fermento utilizam nitratos como aceptores finais de hidrogênio, liberando gás nitrogênio. O processo de respiração anaeróbica é chamado de fermentação, e o gás liberado provoca o crescimento da massa. d) fermentação alcoólica, na qual ocorre a formação de álcool e gás carbônico. O gás promove o crescimento da massa, enquanto o álcool se evapora sob o calor do forno. e) reprodução vegetativa dos microrganismos presentes no fermento. O carboidrato e a água da massa criam o ambiente necessário ao crescimento em número das células de levedura, resultando em maior volume da massa. 28. (INÉDITA/2019) A fonte imediata de energia que aciona a síntese de ATP pela ATP- sintetase durante a fosforilação oxidativa é: a) a oxidação da glicose e outros componentes orgânicos. b) a transferência do fosfato ao ADP. c) o fluxo de elétrons pela cadeia de transporte de elétrons. d) a redução de NAD+ e FAD+ a NADH e FADH2, respectivamente. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 49 e) o gradiente de concentração de H+ através da membrana que apresenta a ATP-sintetase. 29. (INÉDITA/2019) Fotossíntese, em linhas gerais, é a conversão que os organismos fotossintetizantes fazem da energia luminosa em energia química, a partir da assimilação de gás carbônico. As reações luminosas da fotossíntese (etapa fotoquímica ou fase clara) se iniciam com a transferência da energia luminosa para a molécula de clorofila, e ocorrem nos tilacoides dos cloroplastos. Os produtos dessas reações que suprem o ciclo de Calvin são a) energia luminosa. b) CO2 e ATP. c) H2O e NADPH. d) ATP e NADPH. e) FAD e CO2. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 50 7. Gabarito 1. C 11. A 21. D 2. A 12. C 22. B 3. 07 13. C 23. E 4. A 14. 05 24. B 5. C 15. B 25. C 6. C 16. A 26. E 7. D 17. 01 27. D 8. D 18. A 28. E 9. B 19. A 29. D 10. B 20. A ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 51 8. Lista Comentada de Questões 1. (FCM MG/2019) As mitocôndrias e os cloroplastos são organelas que se assemelham quanto ao metabolismo responsável pela síntese de ATP. Porém, para que ocorra tal síntese, a energia utilizada provém de fontes e etapas metabólicas diferentes, sendo que a) nas mitocôndrias, a maior produção de ATP ocorre na primeira etapa da respiração, e, nos cloroplastos, na última etapa da fotossíntese. b) as mitocôndrias utilizam a energia contida nos polissacarídeos, e os cloroplastos utilizam a energia contida nos monossacarídeos. c) nas mitocôndrias, a maior produção de ATP ocorre concomitante à formação da molécula de água, e, nos cloroplastos, ocorre concomitantemente com a quebra da molécula de água. d) as mitocôndrias utilizam energia das enzimas consumidas na respiração celular, e os cloroplastos utilizam energia contida na molécula de clorofila. e) nas mitocôndrias, a maior parte da energia é produzida durante o ciclo de Krebs (ciclo do ácido cítrico), e, nos cloroplastos, no ciclo de Calvin-Benson (ciclo das pentoses). Comentários: A alternativa A está errada, porque a maior produção de ATP nas mitocôndrias ocorre na terceira etapa da respiração celular aeróbia, chamada cadeia transportadora de elétrons, e nos cloroplastos ocorre na primeira fase, chamada fase clara. A alternativa B está errada, porque as mitocôndrias utilizam a energia produzida na oxidação da glicose, que é um monossacarídeo. Já os cloroplastos utilizam a energia luminosa para produção de moléculas orgânicas. A alternativa C está certa. A alternativa D está errada, porque as mitocôndrias utilizam a energia produzida na oxidação da glicose, que é um monossacarídeo. Já os cloroplastos utilizam a energia luminosa para produção de moléculas orgânicas. A alternativa E está errada, porque a maior produção de ATP nas mitocôndrias ocorre na terceira etapa da respiração celular aeróbia, chamada cadeia transportadora de elétrons, e nos cloroplastos ocorre na primeira fase, chamada fase clara. Gabarito: C. 2. (FCM MG/2019) Observe a imagem que representa importantes processos biológicos. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 52 (https://conceitos.com/fotossintese/) É CORRETO afirmar que a) a seta 1 indica a liberação de uma importante molécula originada da quebra do H2O. b) a seta 2 mostra o direcionamento de uma molécula que sofrerá quebra e formará moléculas de ATP. c) a seta 3 mostra a liberação de energia exclusiva para produção de um carboidrato. d) a seta 4 indica a energia que desencadeia o processo de desnitrificação. Comentários: A alternativa A está certa. A seta 1 indica a liberação de oxigênio, derivado da hidrólise da água. A alternativa B está errada, porque a seta 2 mostra o direcionamento da molécula de CO2 gerada na respiração celular para o cloroplasto, onde será utilizada para formação de glicose no processo de fotossíntese. A alternativa C está errada, porque a seta 3 indica a liberação de energia originada daquebra da molécula de um carboidrato (glicose) na respiração celular. A alternativa D está errada, porque a seta 4 indica a energia luminosa que inicia o processo de fotossíntese, para a geração de energia química. Gabarito: A. 3. (UEPG/2019) A fermentação pode ser definida, de forma geral, como um processo de degradação de moléculas orgânicas, que ocorre na ausência de oxigênio e induz a liberação de energia. Considerando o esquema representativo abaixo, assinale o que for correto. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 53 Adaptado de: Amabis, JM; Martho, GR. Biologia das Células. 2ª ed. Volume 1. Editora Moderna, São Paulo. 2004. 01. Na fermentação láctica (III), o ácido pirúvico (A) originado da glicólise (I) é transformado em ácido láctico (C). Esse processo é realizado por certas bactérias que fermentam o leite, os lactobacilos. 02. Durante um exercício muito intenso, o gás oxigênio que chega aos músculos pode não ser suficiente para suprir as necessidades respiratórias das células musculares, as quais só mantêm a produção de ATP em (I) se ocorrer o processo representado em (III). 04. Em II (processo de fermentação alcoólica), o ácido pirúvico (A) transforma-se em álcool etílico (B) e gás carbônico. Este processo pode ser realizado pela levedura Saccharomyces cerevisiae para a fabricação de pães. 08. O lactato (A) é produzido a partir de glicose, resultante do processo de fermentação láctica (I), e leva à liberação de 2 moléculas de ATP e 2 de NADH. Comentários: I representa a glicólise, II representa a fermentação alcoólica e III representa a fermentação lática. A representa o piruvato, B representa o etanol e C representa o lactato. A afirmativa 01 está certa. A afirmativa 02 está certa. A afirmativa 04 está certa. A afirmativa 08 está errada, porque A representa a molécula de piruvato (ou ácido pirúvico), resultante do processo de glicólise (I). Assim, estão certas as alternativas 01+02+04=07. Gabarito: 07. 4. (FCM MG/2019) Observe o esquema a seguir, que trata de um importante processo que ocorre em alguns seres vivos. Em relação a ele, pode-se dizer que: ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 54 (Disponível em: https://slideplayer.com.br/slide/1271408/ acesso em: 23/03/19.) a) O NADPH2 será o fornecedor de hidrogênio para a molécula de glicose. b) A molécula de ADP transfere seus elementos químicos para a glicose. c) O ATP formado será utilizado imediatamente como constituinte celular. d) A luz é responsável pela quebra do CO2. Comentários: O processo representado é a fotossíntese. A alternativa A está certa. A alternativa B está errada, porque se beneficia da energia liberada pelo bombeamento de prótons para unir-se a um fosfato inorgânico e gerar ATP. A alternativa C está errada, porque o ATP gerado na fotossíntese será utilizado para a formação da glicose. A alternativa D está errada, porque a luz é responsável pela fotólise, isto é, a quebra da molécula de água, bem como pela excitação dos elétrons na clorofila. Gabarito: A. 5. (UCB DF/2019) No que se refere ao processo de respiração celular para obtenção de energia, assinale a alternativa correta. a) A glicólise é uma sequência de 15 reações químicas catalisadas por enzimas livres no citosol. O processo tem início com a ativação da molécula de glicose, que ocorre pela adição de dois fosfatos energéticos provenientes de duas moléculas de ATP. Com isso, a molécula de glicose torna-se instável e quebra-se em duas moléculas de piruvato. O consumo inicial de dois ATP é recuperado com a produção de dois ATP resultados da quebra da glicose em dois ácidos pirúvicos. b) No ciclo de Krebs, o ácido pirúvico produzido na glicólise é transportado para a crista mitocondrial e reage com a coenzima-A. Em seguida, em uma sequência de 11 reações, são ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 55 produzidas duas moléculas de acetilcoenzima A e uma molécula CO2. Ao final do ciclo do ácido cítrico, são formados: 2 CO2 + 3 NADH + 2 FADH2 + 1 GTP. c) Na fosforilação oxidativa, realiza-se a maior parte da síntese de ATP gerada na respiração celular. Essa produção ocorre por causa da reoxidação das moléculas de NADH e FADH2, em que são liberados elétrons de alto nível energético que, após perderem seu excesso de energia, reduzem o gás oxigênio a moléculas de água, de acordo com as seguintes equações gerais: 2 NADH + 2 H+ + 2 O2 2 NAD+ + H2O e 2 FADH2 + 2 O2 2 FAD + H2O. d) Todas as nossas células oxidam glicídios para a obtenção de energia. Algumas, como as células nervosas do encéfalo, obtêm praticamente toda a energia que necessitam pela oxidação aeróbia da glicose. É por isso que nosso organismo precisa manter estável a taxa desse glicídio no sangue. Sua diminuição pode causar desmaio e até mesmo coma, por afetar diretamente o sistema nervoso. A glicose fica armazenada no fígado na forma de triglicerídios e é liberada no sangue quando há diminuição da glicemia. e) Apesar da importância da oxidação dos glicídios nas células, a maior parte da energia utilizada pelo organismo é proveniente de lipídios. A degradação de 1 g de triglicerídio com formação de gás carbônico gera seis vezes mais ATP do que a oxidação de uma quantidade equivalente de glicogênio. Comentários: A alternativa A está errada, porque a glicólise consiste em uma sequência de 10 reações. A alternativa B está errada, porque o ciclo de Krebs acontece na matriz mitocondrial. A alternativa C está certa. A alternativa D está errada, porque a glicose fica armazenada no fígado na forma de glicogênio. A alternativa E está errada, porque a maior parte da energia utilizada pelo organismo é proveniente da quebra da glicose, embora a quebra de lipídios renda mais ATP. Gabarito: C. 6. (FUVEST SP/2018) A levedura Saccharomyces cerevisiae pode obter energia na ausência de oxigênio, de acordo com a equação C6H12O6 → 2 CO2 + 2 CH3CH2OH + 2 ATP. Produtos desse processo são utilizados na indústria de alimentos e bebidas. Esse processo ocorre _____________ da levedura e seus produtos são utilizados na produção de _____________. As lacunas dessa frase devem ser preenchidas por: ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 56 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. Comentários: A alternativa A está errada porque a fermentação ocorre no citosol das células. A levedura Saccharomyces cerevisae realiza fermentação alcoólica e é responsável pela fermentação de pães e cervejas. A alternativa B está errada porque a fermentação ocorre no citosol das células. A alternativa C está certa. A alternativa D está errada porque a fermentação alcoólica é utilizada para a fermentação de bebidas alcoólicas, pães e como combustível. A fermentação lática que é a responsável pela produção de iogurte. A fermentação acética corresponde à transformação do álcool em ácido acético por determinadas bactérias, conferindo o gosto característico de vinagre. A alternativa E está errada porque a fermentação não ocorre nas mitocôndrias. Gabarito: C. 7. (UNITAU SP/2018) A figura abaixo representa o processo de geração de energia nas células eucarióticas, que compreende as etapas A, B e C. As etapas B e C ocorrem dentro da mitocôndria, enquanto a etapa A ocorre no citosol (hialoplasma). Com relação a essa figura, afirma-se: I. A etapa A representa a glicólise: uma molécula de glicose gera 2 moléculas de ácido pirúvico e também um saldo de 2 ATPs. II. A etapa B indica a utilização do ácidopirúvico para o processo fermentativo, que produz NADH e FADH2. Esses compostos são utilizados na geração de ácido lático ou de etanol, representado pela etapa C. III. A etapa C representa a cadeia respiratória, em que os elétrons de NADH e FADH2 são transferidos de uma molécula transportadora para outra. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 57 Está CORRETO o que se afirma em a) I, apenas. b) II, apenas. c) I e II, apenas. d) I e III, apenas. e) III, apenas. Comentários: A afirmativa I está certa. A afirmativa II está errada, porque a etapa C representa a cadeia respiratória, também chamada de cadeia transportadora de elétrons. As três moléculas de NADH2 e a molécula de FADH2 provenientes da primeira passagem no ciclo de Krebs, transferem os elétrons e os íons H+ para o oxigênio presente na mitocôndria, através dos citocromos, formando água. A afirmativa III está certa. Gabarito: D. 8. (ENEM/2017) Em razão da grande quantidade de carboidratos, a mandioca tem surgido, juntamente com a cana-de-açúcar, como alternativa para produção de bioetanol. A produção 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 produção desse combustível é a a) respiração. b) degradação. c) fotossíntese. d) fermentação. e) quimiossíntese. Comentários: A produção de álcool a partir da degradação de carboidratos refere-se ao processo de fermentação alcóolica. A respiração é o processo de obtenção de energia a partir da degradação da molécula de glicose, que utiliza oxigênio como aceptor final. Degradação é a simples decomposição de uma substância em partes menores. Fotossíntese é o processo de obtenção de energia a partir da síntese da molécula de glicose e que utiliza a energia luminosa como gatilho para a reação. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 58 Quimiossíntese é a síntese de compostos orgânicos a partir de substâncias inorgânicas. Gabarito: D. 9. (IFBA/2017) Muitos dizem que Usain Bolt não corre, voa. Ou que o jamaicano não é de carne e osso. Eis as explicações de John Brewer, diretor da Escola de Saúde Esportiva e Ciências Aplicadas da Universidade de St. Mary’s, na Inglaterra: [...] Muitos nem se preocupam em respirar, já que isso os tornaria mais lentos. E nesta alta intensidade o oxigênio não importa. [...] Ele criou uma alta porcentagem de energia anaeróbica, o que resulta em falta de oxigênio. Por isso vemos que ele, como os outros atletas, respira profundamente. A frequência cardíaca começa a baixar e a se estabilizar, mas o ácido lático se deslocará dos músculos ao sangue, o que pode causar tonturas e náuseas. Mas, claro, Bolt está eufórico e parece com bastante energia. Isso ocorre pela liberação de endorfina, o ópio natural do corpo, (...) que permite a Bolt aproveitar sua nova façanha olímpica. A diferença é que 80% da musculatura de Usain Bolt é composto por ‘fibras rápidas’ (Disponível em: http://www.bbc.com/portuguese/geral--37084886#share-tools). Acesso em:10/09/2016 Considerando-se o alto desempenho do atleta Usain Bolt e as vias metabólicas de obtenção de energia por parte do organismo, podemos avaliar para esta situação que: a) A respiração celular como via exclusiva de obtenção de energia, por degradar completamente a molécula orgânica com maior aproveitamento energético, condição que possibilita o êxito do atleta. b) A fermentação láctica como estratégia de obtenção de energia, condição que leva o organismo a consumir maior quantidade de matéria orgânica para compensar a ausência do oxigênio no processo. c) A fermentação láctica como a via metabólica utilizada, condição que leva às náuseas e tonturas em virtude do álcool etílico produzido. d) A ausência de mitocôndrias nos músculos do atleta favorece o processo da fermentação láctica, pois serve como estratégia que aumenta suas chances de melhor desempenho. e) O elevado número de mitocôndrias nos músculos do atleta favorece a grande disponibilidade de energia por parte dessas organelas que realizam a respiração celular. Comentários: A alternativa certa é a letra B. O enunciado comenta a alta porcentagem de energia anaeróbica que o atleta cria. Esta energia é proveniente do processo de fermentação lática, que ocorre quando há déficit de oxigênio. Como esse processo produz apenas duas ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 59 moléculas de ATP por molécula de glicose, a degradação das moléculas de açúcar é muito mais intensa que no processo de respiração aeróbia. O contraponto da ocorrência de fermentação lática é a ocorrência de dores musculares, mitigadas no atleta pela liberação de endorfina, um hormônio que dá a sensação de prazer durante a corrida. Gabarito: B. 10. (UNIOESTE PR/2017) O processo de fotossíntese consiste, basicamente, na produção de compostos orgânicos a partir do CO2 e H2O, utilizando energia luminosa. Este processo ocorre nos organismos clorofilados, tais como as plantas. Em relação à fotossíntese nos vegetais, são feitas as seguintes afirmativas: I. A energia luminosa solar é captada por pigmentos presentes nos cloroplastos, sendo os principais denominados clorofilas a e b; II. Quanto maior a concentração de CO2 e a intensidade luminosa, maior será a taxa fotossintética; III. O único fator limitante do processo é a energia luminosa, uma vez que o processo não ocorre na ausência de luz; IV. O ponto de compensação fótico corresponde à intensidade de energia luminosa na qual as taxas de fotossíntese e de respiração se equivalem. São VERDADEIRAS as afirmativas a) I e II. b) I e IV. c) II e III. d) I e III. e) III e IV. Comentários: A afirmativa I está correta. A afirmativa II está errada. A taxa fotossintética aumenta conforme maior a exposição da planta à luz solar e quanto maior a concentração de CO2, mas esse aumento tem um limite (ponto de saturação). Quando todos os pigmentos fotossintetizantes se encontram saturados, a taxa fotossintética estabiliza, mesmo que a exposição à luz aumente e continue intensa. Da mesma forma, quando todo o sistema enzimático de captação do CO2 está sendo utilizado, o aumento na concentração do gás não gera mais efeito na taxa fotossintética. A afirmativa III está errada. Existem vários fatores limitantes da fotossíntese: a disponibilidade de pigmentos, de enzimas e coenzimas, a concentração de CO2, a temperatura, o comprimento de ondas que chegam até a planta e a intensidade luminosa. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 60 A afirmativa IV está correta. Gabarito: B. 11. (UFGD MS/2017) Sobre a respiração celular, assinale a alternativa correta: a) Podemos dividir a respiração celular nas seguintes etapas: glicólise, Ciclo de Krebs e cadeia respiratória. b) A cadeia respiratória ocorre nos cloroplastos e promove a conversão das moléculas produzidas durante as fases anteriores (NADH2, FADH2 e GTP) em moléculas de ATP. c) A glicólise ocorre no citoplasma da célula e produz ácido pirúvico a partir da frutose. d) Ao final da cadeia respiratória, o Ciclo de Krebs permitirá a formação de 24 ADPs. e) Todas as alternativas estão corretas. Comentários: A alternativa A está certa. A alternativa B está errada porque a cadeia respiratória faz parte da respiração celular, e a organela responsável é a mitocôndria. A alternativa C está errada porque a glicólise produz ácido pirúvico (ou piruvato) a partir da degradação da glicose, e não da frutose. A alternativa D está errada porque ao finalda cadeia respiratória há produção de 32 ATP, segundo os conhecimentos mais tradicionais. Atualmente admite-se que a produção e ATP deva ser próxima de 25 ATP. Contudo, a maioria dos vestibulares ainda trazem a contagem mais tradicional no exame e isso deve perdurar por mais algum tempo. A alternativa E está errada. Gabarito: A. 12. (UECE/2017) Qualquer ser vivo precisa de energia para realizar suas funções metabólicas. Seres vivos aeróbios realizam o processo conhecido como respiração celular, sobre o qual é correto afirmar que a) a glicólise, etapa da respiração celular também conhecida como fermentação, acontece na ausência de oxigênio. b) compreende um processo pouco eficiente, pois são obtidos apenas 2 ATP. c) o ATP é utilizado e produzido na respiração celular, sendo moeda energética também na respiração anaeróbia. d) na cadeia respiratória o receptor final do carbono é o oxigênio, formando o CO2. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 61 Comentários: A alternativa A está errada porque a glicólise é a primeira etapa da respiração celular aeróbia (ocorre na presença de oxigênio). A fermentação é um tipo de respiração anaeróbia. A alternativa B está errada porque a respiração celular rende um total de 32 ATP, segundo estudos mais recentes. Estudos mais tradicionais apontam para um rendimento de 38 ATP. Logo, é um processo altamente energético. A alternativa C está certa. A alternativa D está errada porque o aceptor final de hidrogênios da cadeia respiratória é o oxigênio. Gabarito: C. 13. (UEMG/2017) Analise o esquema, a seguir, que representa as três etapas de um processo metabólico energético. Fonte: CAMPBELL, Neil e colaboradores. Biologia. Editora Artmed. 8ª edição, 2010, p.176. 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 CO2 ocorrerá na fosforilação oxidativa. c) a etapa I é comum aos metabolismos de respiração anaeróbia e aeróbia. d) os procariotos, por não apresentarem mitocôndrias, não realizam a etapa III. Comentários: A alternativa A está errada porque as plantas realizam a respiração celular, portanto, as etapas I, II e III acontecem nos vegetais da mesma maneira que nos demais eucariontes aeróbios. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 62 A alternativa B está errada porque na fosforilação oxidativa acontece a maior produção de ATP. A produção de CO2 acontece no ciclo de Krebs. A alternativa C está certa. A glicólise é a etapa anaeróbia inicial no processo de obtenção de energia a partir da degradação da glicose, comum à respiração celular e à fermentação. A alternativa D está errada porque nas células procariotas a etapas de ciclo de Krebs acontece no citosol e cadeia respiratória acontecem na face citoplasmática da membrana plasmática. Gabarito: C. 14. (UEFS BA/2017) Na tabela apresentada, notam-se variações de fermentação com algumas características. A partir dessa observação e com os conhecimentos sobre o assunto, é correto afirmar: 01. Independente do tipo de fermentação, essa ocorrerá, na ausência de oxigênio, no interior de organelas membranosas. 02. Na fermentação, ocorrerá, invariavelmente, a descarboxilação da molécula orgânica. 03. A fermentação é realizada apenas por organismos procariontes. 04. O aceptor final de hidrogênio na fermentação será um composto inorgânico. 05. O produto final é energético por ter sido originado de uma quebra parcial da molécula orgânica. Comentários: A afirmativa 01 está errada porque a fermentação ocorre no citosol das células. A afirmativa 02 está errada porque nem toda fermentação passa por uma descarboxilação, como por exemplo a fermentação lática, cujo produto final é lactato. A fermentação alcóolica sim é um exemplo de reação que sofre uma descarboxilação (perda de CO2). A afirmativa 03 está errada porque organismos eucariontes anaeróbios facultativos podem realizar fermentação em condições de baixa ou nenhuma concentração de oxigênio no meio. A afirmativa 04 está errada porque o aceptor final de hidrogênio na fermentação lática é o NAD, uma coenzima, e na fermentação alcóolica é o acetaldeído, um composto orgânico. A afirmativa 05 está certa. Tanto o etanol quanto o lactato são compostos derivados da degradação parcial da glicose. Gabarito: 05. 15. (PUC RS/2017) Observe as reações químicas abaixo: ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 63 II. C6H12O6 → 2 C5H5OH + 2 CO2 + ENERGIA II. 6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O III. C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + ATP A partir da análise das reações acima, marque a alternativa correta. a) A reação I é catabólica e corresponde à respiração celular. b) A reação I é exotérmica e pode explicar a hipótese heterotrófica para a origem da vida. c) A reação II corresponde a um processo dividido em duas fases que são dependentes de luz para a sua ocorrência. d) A reação II é um tipo de reação anabólica que não pode ser realizada por indivíduos do Domínio Eukarya. e) A reação III, embora seja aeróbica, produz um saldo energético inferior à reação I. Comentários: A reação I é transformação da glicose em etanol e gás carbônico e representa a fermentação alcóolica. Trata-se de uma reação catabólica (de degradação), com liberação de energia. Essa reação pode explicar a obtenção de energia pelos organismos primitivos, no início da vida, quando a atmosfera não era composta por 21% de gás oxigênio. A reação II é a reação da fotossíntese, que utiliza gás carbônico para produzir glicose e oxigênio na presença de luz. Trata-se de uma reação anabólica (de síntese), com incorporação de energia. A reação III é representa a respiração celular. Trata-se de uma reação catabólica (de degradação), com liberação de energia. Gabarito: B. 16. (PUC GO/2017) […] Aos domingos, quando Zana me pedia para comprar miúdos de boi no porto da Catraia, eu folgava um pouco, passeava ao léu pela cidade, atravessava as pontes metálicas, perambulava nas áreas margeadas por igarapés, os bairros que se expandiam àquela época, cercando o centro de Manaus. Via um outro mundo naqueles recantos, a cidade que não vemos, ou não queremos ver. Um mundo escondido, ocultado, cheio de seres que improvisavam tudo para sobreviver, alguns vegetando, feito a cachorrada esquálida que rondava os pilares das palafitas. Via mulheres cujos rostos e gestos lembravam os de minha mãe, via crianças que um dia seriam levadas para o orfanato que Domingas odiava. Depois caminhava pelas praças do centro, ia passear pelos becos e ruelas do bairro da Aparecida e apreciar a travessia das canoas no porto da Catraia. O porto já ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ →⎯ Luminosa Energia ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 64 estava animado àquela hora da manhã. Vendia-se tudo na beira do igarapé de São Raimundo: frutas, peixe, maxixe, quiabo, brinquedos de latão. O edifício antigo da Cervejaria Alemã cintilava na Colina, lá no outro lado do igarapé. Imenso, todo branco, atraía o meu olhar e parecia achatar os casebres que o cercavam. […]. Mirava o rio. A imensidão escura e levemente ondulada me aliviava, me devolvia por um momento a liberdade tolhida. Eu respirava só de olhar para o rio. E era muito, era quase tudo nas tardes de folga. Às vezes Halim me dava uns trocados e eu fazia uma festa. Entrava num cinema, ouvia a gritaria da plateia, ficava zonzo de ver tantas cenas movimentadas, tanta luz na escuridão. […]. (HATOUM, Milton. Dois irmãos. 19. reimpr. São Paulo: Companhia das Letras, 2015. p. 59-60.) Considere o fragmento retirado do texto: “O edifício antigo da Cervejaria Alemã cintilava na Colina,lá no outro lado do igarapé”. A cerveja, uma das mais antigas bebidas alcoólicas do mundo, em muitos países, é consumida com paixão. Com sabores que variam de acordo com a sua produção, trazem também variações de cor e agradam a públicos variados, desde os mais jovens aos mais idosos. Há quem prefira consumi-la natural ou, como dizem os brasileiros, “estupidamente gelada”. Sobre o processo de fabricação de cervejas, é correto afirmar que: a) os ingredientes básicos da cerveja são: água, uma fonte de amido, uma levedura de cerveja e o lúpulo. b) a principal fonte de açúcar da cerveja é o lúpulo, carboidrato fermentável responsável pelo teor alcoólico da bebida. c) a fermentação da cerveja é um processo aeróbico de conversão de carboidratos em álcool e gás carbônico por meio da utilização de leveduras. d) a diferente composição mineral da água nada interfere no caráter regional e no sabor dos diferentes tipos de cerveja. Comentários A fermentação alcóolica consiste na degradação de uma molécula de carboidrato (glicose, amido) produzindo etanol e gás carbônico a partir da fermentação de uma levedura, Saccharomyces cerevisae. O lúpulo é uma planta que dá o amargor à bebida. A alternativa B está errada, porque a principal fonte de açúcar é a glicose. A alternativa C está errada, porque a fermentação é um processo anaeróbico. A alternativa D está errada, porque a composição da água interfere no sabor da cerveja. Gabarito: A. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 65 17. (UNIPÊ PB/2016) O metabolismo anaeróbico não é tão raro como parece, já que o ácido lático se forma regularmente nos músculos que trabalham com intensidade. Assim, durante todos os tipos de exercícios atléticos, 100m rasos, por exemplo, ocorre um notável aumento na concentração de ácido lático do sangue. Sobre o processo a que se refere o texto, é correto afirmar: 01) Ocorre sem a necessidade de uma compartimentação do citoplasma. 02) A desidrogenação que ocorre em sua etapa inicial proporciona um maior rendimento energético. 03) O ácido pirúvico é descarboxilado, ocorrendo assim a produção do produto final. 04) Se o atleta tivesse um maior suprimento de glicose, reduziria a possibilidade de ocorrer o processo fermentativo. Comentários: A afirmativa 01 está certa, a fermentação lática acontece no citosol. A afirmativa 02 está errada porque a desidrogenação não proporciona maior rendimento energético. Este continua sendo 2 moléculas de ATP, oriundas da glicólise. As desidrogenações fornecem energia para a fosforilação do ADP em ATP, mas não aumentam seu rendimento. A afirmativa 03 está errada porque na fermentação lática não ocorre descarboxilação do piruvato. A afirmativa 04 está errada porque o fator limitante da fermentação é a presença de oxigênio. Se o atleta tivesse maior suprimento de glicose, mas continuasse em estado anaeróbio, ou seja, déficit de O2, ele aumentaria sua taxa de fermentação lática. Gabarito: 01. 18. (IFCE/2016) O processo de fermentação é uma atividade biológica que os seres humanos utilizam para a produção de alimentos há bastante tempo, mesmo antes da industrialização. Sobre esse tema, é correto afirmar-se que a) a cachaça e o álcool combustível são obtidos pela fermentação dos açucares presentes na cana. b) a fermentação é um tipo de respiração que consome O2 livre. c) bactérias, vírus e protozoários são frequentemente utilizados pela indústria para a produção de alimentos. d) bebidas lácteas e queijos são produzidos a partir da fermentação láctica e alcoólica, respectivamente. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 66 e) O trifosfato de adenosina (ATP), liberado durante a fermentação da farinha de trigo, faz com que o pão cresça. Comentários: A alternativa A está certa. A alternativa B está errada porque a fermentação é um processo anaeróbio. A alternativa C está errada porque vírus e protozoários não são microrganismos utilizados na indústria para produção de alimentos. Já em relação às bactérias, os lactobacilos podem ser usados em alguns processos de fermentação pois são bactérias anaeróbias facultativas. A alternativa D está errada porque queijos também são produzidos a partir da fermentação lática. A alternativa E está errada porque quem faz a massa crescer é o gás carbônico. Além disso, o ATP é liberado durante a glicólise. Gabarito: A. 19. (UDESC SC/2015) Toda energia para a manutenção dos seres vivos tem origem a partir da degradação de moléculas orgânicas. No entanto, nos seres vivos, esta degradação não transfere a energia diretamente para os processos celulares, e sim para uma molécula que é utilizada em diferentes processos metabólicos das células. Assinale a alternativa que contém o nome da molécula utilizada nos processos metabólicos celulares. a) trifosfato de adenosina b) glicose c) glicídio d) glucagon e) glicina Comentários: A adenosina trifosfato ou trifosfato de adenosina, conhecida como ATP, é a principal molécula de reserva de energia dos seres vivos. Isso porque o ATP consegue armazenar em suas ligações grandes quantidades da energia liberada nas reações exergônicas e, através da hidrólise (quebra da molécula de água), liberá-las gradativamente para os processos endotérmicos. Gabarito: A. 20. (UESB BA/2015) ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 67 SER PROTAGONISTA: Biologia. Obra coletiva. 2. ed. São Paulo: Edições SM, 2014, p.156. A figura representa uma analogia entre uma etapa do processo fotossintético e um sistema mecânico hipotético.Considerando-se que o fóton precisa excitar a clorofila para que o mecanismo possa ser ativado, pode-se afirmar que a reação fotoquímica representada é a a) fotofosforilação cíclica. b) ciclo das pentoses (calvin). c) fotólise da água. d) ciclo de Krebs. e) fotofosforilação acíclica. Comentários: A figura representa a fosforilação cíclica, a primeira reação a acontecer na primeira etapa da fotossíntese, denominada etapa fotoquímica. Esta etapa se inicia com a transferência da energia luminosa para a molécula de clorofila. A energia luminosa energiza os elétrons da clorofila e os transfere para moléculas da coenzima NADP+, reduzindo-a a NADPH. Simultaneamente ocorre a fotólise da água: a quebra da molécula de água é dependente da luz. Essa reação libera gás oxigênio (O2), átomos de hidrogênio (H+) e elétrons (e-). A clorofila recupera seus elétrons perdidos a partir dos elétrons liberados na fotólise da água. Já os átomos de hidrogênio propiciam condições para que a enzima ATP-sintetase produza ATP a partir de uma molécula de ADP. O gás oxigênio é liberado para o meio. Esse processo químico é chamado de fotofosforilação, porque a energia utilizada na síntese de ATP (fosforilação) é proveniente da luz (foto). Gabarito: A. 21. (FCM PB/2015) Sabe-se que a glicose é usada como combustível para a respiração celular. Entretanto, aminoácidos, glicerol e ácidos graxos também podem participar desse processo. A respiração se processa em três etapas distintas: glicólise, cadeia ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 68 respiratória e ciclo de Krebs que visam à liberação de energia a partir da quebra de moléculas orgânicas complexas. Assinale a alternativa CORRETA com relação a essas etapas: a) O uso de O2 se dá no citoplasma, durante a glicólise. b) Tanto a glicólise quanto a cadeia respiratória ocorrem no citoplasma da célula. c) Durante o ciclo de Krebs, uma molécula de glicose é quebrada em 2 moléculas de ácido pirúvico. d) Por meio da cadeia respiratória, que acontece nas cristas mitocondriais, ocorre transferência dos hidrogêniospelo NAD e FAD, formando água. e) Das fases de respiração, a glicólise é uma via metabólica que acontece apenas nos processos de aerobiose, enquanto o ciclo de Krebs ocorre também em anaerobiose. Comentários: A alternativa A está errada porque a glicólise é independente da presença de oxigênio. A alternativa B está errada porque a glicólise ocorre no citoplasma e o a cadeia respiratória ocorre nas cristas mitocondriais. A alternativa C está errada porque a glicólise é a etapa que transforma a molécula de glicose em duas moléculas de piruvato. A alternativa D está certa. A alternativa E está errada porque a glicólise é uma via que pode acontecer nos processos anaeróbicos da fermentação. Já o ciclo de Krebs, embora não utilize diretamente oxigênio, não pode acontecer na sua ausência. Gabarito: D. 22. (OBB/2015) A molécula de piruvato, formada ao final da glicólise, pode seguir diferentes rotas bioquímicas, podendo ser convertida em a) etanol nos músculos, em condições anaeróbicas. b) acetil-CoA no cérebro, em condições aeróbicas. c) lactato nos músculos, em condições aeróbicas. d) acetil-CoA nos músculos, em condições anaeróbicas. e) glicerol nos eritrócitos, em condições aeróbicas. Comentários: A afirmativa A e C estão erradas porque nas células musculares ocorre a fermentação lática, que converte piruvato em lactato, em condições anaeróbicas. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 69 A afirmativa B está certa. Nos neurônios ocorre a respiração celular aeróbia. A afirmativa D está errada porque para ser convertida em acetil-CoA e iniciar o ciclo de Krebs, a molécula de glicose depende da presença de oxigênio. A afirmativa E está errada porque o glicerol é uma molécula orgânica fonte de energia, que será degradado em piruvato, e não o contrário. Gabarito: B. 23. (ENEM/2015) Normalmente, as células do organismo humano realizam a respiração aeróbica, na qual o consumo de uma molécula de glicose gera 38 moléculas de ATP. Contudo, em condições anaeróbicas, o consumo de uma molécula de glicose pelas células é capaz de gerar apenas duas moléculas de ATP. Qual curva representa o perfil de consumo de glicose, para manutenção da homeostase de uma célula que inicialmente está em uma condição anaeróbica e é submetida a um aumento gradual da concentração de oxigênio? a) 1. b) 2. c) 3. d) 4. e) 5. Comentários: Se a célula está inicialmente em condição anaeróbica, a concentração de oxigênio deve ser baixa. A taxa de glicólise porque há intensa atividade de fermentação, uma vez que cada molécula de glicose rende apenas 2 ATP. Aa curvas 1 e 5 são as únicas que atendem a esse critério inicial. Quando ocorre um aumento gradual da concentração de oxigênio, o consumo de glicose na glicólise cai, porque a via de produção de energia passa a ser aeróbica. Assim, uma molécula de glicose degradada rende 38 ATP, valor muito maior que a quantidade rendida pela fermentação. A curva 5 é a única curva que inicie com alta taxa de consumo de glicose e vai diminuindo gradativamente. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 70 Gabarito: E. 24. (OBB/2015) A análise de exames de esforço físico permite acompanhar diversas variáveis fisiológicas. Neste teste aumenta-se a carga a cada minuto em 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% e 90% da carga máxima (1RM) ou até a exaustão voluntária. Observe o comportamento de quatro variáveis fisiológicas nos gráficos abaixo: Comportamento das variáveis fisiológicas, ventilação, volume de dióxido de carbono, glicemia e frequência cardíaca. (Fonte: Takehara, J. C.; et al.2008). Na escassez de glicose, outros compostos não glicídicos poderão ser utilizados para sua regeneração. Este processo, denominado gliconeogênese, pode ocorrer no fígado a partir dos seguintes substratos: a) glicerol, ácidos graxos e lactato. b) glicerol, aminoácidos e lactato. c) ácidos graxos, aminoácidos e lactato. d) glicogênio, glicerol e ácidos graxos. e) glicogênio, aminoácidos e lactato. Comentários: A gliconeogênese é a rota pela qual é produzida glicose a partir de compostos que não são açúcares, sendo a maior parte deste processo realizado no fígado (principalmente sob condições de jejum) e uma menor parte no córtex dos rins. Os principais precursores deste processo são o lactato, glicerol e aminoácidos. Quando a concentração de glicose circulante vinda da alimentação diminui, o glicogênio hepático e muscular é degradado fazendo com que a glicemia volte a valores normais. Gabarito: B. 25. (UNIUBE MG/2014) Algumas reações químicas do metabolismo celular e rotas metabólicas envolvem liberação de energia, enquanto outras requerem o fornecimento de energia. Na maioria das vezes, a energia do metabolismo celular é representada pelo ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 71 Trifosfato de Adenosina (ATP). Analise os gráficos abaixo e assinale a alternativa correta. II. O gráfico “A” representa uma reação ou rota metabólica onde ocorre liberação de energia. II. O gráfico “B” representa uma reação ou rota metabólica onde ocorre liberação de energia. III. Em uma reação como indicado no gráfico “A”, uma parte da energia pode ser direcionada para a produção de ATP. IV. Em uma reação como indicado no gráfico “B”, o ATP pode fornecer a energia necessária para que a reação ocorra. Estão CORRETAS as afirmações contidas em: a) II e III, apenas b) I e IV, apenas c) I, III e IV, apenas d) II, III e IV, apenas e) I, II e III, apenas Comentários: A afirmativa I está correta. O gráfico A mostra que os reagentes possuem maior valor energético em relação aos produtos e, durante a reação exotérmica, liberam energia. Já o gráfico B mostra que os produtos possuem valor energético maior que os reagentes; durante a reação endotérmica há a incorporação de energia aos produtos. A afirmativa II está errada porque representa uma reação endotérmica, na qual os produtos recebem energia. A afirmativa III está certa. Reações exotérmicas (ou exergônicas) frequentemente utilizam a energia liberada para formação de moléculas de ATP (armazenadora de energia). A afirmativa IV está certa. Reações endotérmicas recebem energia liberadas da quebra do ATP em ADP. Gabarito: C. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 72 26. (UFAC/2011) Em 1980, Umberto Eco publicou o livro O nome da rosa, romance ambientado em um mosteiro medieval, onde vários crimes aconteceram. Os mortos eram encontrados com a língua e os dedos escuros, indicando que folhearam livros com páginas envenenadas por cianureto (cianeto de potássio). Essa substância é extremamente tóxica, pois compromete a produção do ATP feita na célula, ligando-se ao citocromo a3. A alternativa que indica a etapa inibida pelo cianureto e o local onde ocorre, respectivamente, é: a) Ciclo do ácido tricarboxílico, citosol. b) Cadeia respiratória, matriz mitocondrial. c) Glicólise, citoplasma. d) Cadeia respiratória, citoplasma. e) Cadeia respiratória, cristas mitocondriais. Comentários: O enunciado cita que o veneno se liga ao citocromo a3, portanto a etapa da respiração celular inibida é a cadeia respiratória. É nela que os elétrons liberados da oxidação das moléculas de (NADH + H+) e FADH2 (do ciclo de Krebs) são transferidos entre os complexos e moléculas transportadoras (citocromos), gerando íons H+ que são bombeados da matriz mitocondrial para o espaço intermembranas. O acúmulo de íons H+ causa um desequilíbrio entre o espaço intermembranas e a matriz. Esse desequilíbrio promove o retorno dos íons à matriz através de um complexo de proteínas formadoras de ATP, as ATP-sintetases. Gabarito:E 27. (UFSCar/2006) Os ingredientes básicos do pão são farinha, água e fermento biológico. Antes de ser levada ao forno, em repouso e sob temperatura adequada, a massa cresce até o dobro de seu volume. Durante esse processo predomina a a) respiração aeróbica, na qual são produzidos gás carbônico e água. O gás promove o crescimento da massa, enquanto a água a mantém úmida. b) fermentação lática, na qual bactérias convertem o açúcar em ácido lático e energia. Essa energia é utilizada pelos microrganismos do fermento, os quais promovem o crescimento da massa. c) respiração anaeróbica, na qual os microrganismos do fermento utilizam nitratos como aceptores finais de hidrogênio, liberando gás nitrogênio. O processo de respiração anaeróbica é chamado de fermentação, e o gás liberado provoca o crescimento da massa. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 73 d) fermentação alcoólica, na qual ocorre a formação de álcool e gás carbônico. O gás promove o crescimento da massa, enquanto o álcool se evapora sob o calor do forno. e) reprodução vegetativa dos microrganismos presentes no fermento. O carboidrato e a água da massa criam o ambiente necessário ao crescimento em número das células de levedura, resultando em maior volume da massa. Comentários: A alternativa A está errada porque o processo que predomina é a fermentação alcóolica, na qual a molécula de glicose é degradada em etanol e gás carbônico. A alternativa B está errada porque o processo é a fermentação alcóolica e não a fermentação lática (utilizada na fabricação de queijos, leite e iogurtes). A alternativa C está toda errada. Ela mistura a respiração anaeróbica (obtenção de energia a partir de reações químicas sem o envolvimento do oxigênio), quimiossíntese (processo em que a energia utilizada na formação de compostos orgânicos provém da oxidação de substâncias inorgânicas. Esta sim utiliza como fonte de energia os nitratos) e fermentação (um tipo de respiração anaeróbia que produz ácido lático ou etanol + CO2). A alternativa D está certa. A alternativa E está errada porque a reprodução dos microrganismos não influencia no crescimento da massa, que se dá pela liberação do gás carbônico durante a fermentação alcóolica. Gabarito: D. 28. (Simulado EV/2019) A fonte imediata de energia que aciona a síntese de ATP pela ATP-sintetase durante a fosforilação oxidativa é: a) a oxidação da glicose e outros componentes orgânicos. b) a transferência do fosfato ao ADP. c) o fluxo de elétrons pela cadeia de transporte de elétrons. d) a redução de NAD+ e FAD+ a NADH e FADH2, respectivamente. e) o gradiente de concentração de H+ através da membrana que apresenta a ATP-sintetase. Comentários: Durante a fosforilação oxidativa, as moléculas de NADH + H+ e FADH2 produzidas no ciclo de Krebs transferem seus elétrons para os citocromos, gerando íons H+ livres que são bombeados da matriz mitocondrial para o espaço intermembranas. O acúmulo de íons H+ causa um desequilíbrio entre o espaço intermembranas e a matriz, o que promove o retorno desses íons à matriz através de um complexo de proteínas formadoras de ATP, as ATP-sintetases. A alternativa A está errada, porque a oxidação da glicose acontece na primeira etapa da respiração celular, a glicólise. A alternativa B está errada, porque a transferência do grupo fosfato ao ADP é a consequência da fonte de energia que ativa a ATP-sintetase. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 74 A alternativa C está errada, porque o fluxo de elétrons pela cadeia transportadora permite o bombeamento de íons hidrogênio para o espaço intermembranas. É o acúmulo deste íon que fornece energia para formação de ATP. A alternativa D está errada, porque a redução das coenzimas NAD e FAD acontece no ciclo de Krebs e permite a entrada na terceira etapa da respiração celular, a cadeia transportadora de elétrons. Assim, a alternativa E está certa. Gabarito: E. 29. (Simulado EV/2019) Fotossíntese, em linhas gerais, é a conversão que os organismos fotossintetizantes fazem da energia luminosa em energia química, a partir da assimilação de gás carbônico. As reações luminosas da fotossíntese (etapa fotoquímica ou fase clara) se iniciam com a transferência da energia luminosa para a molécula de clorofila, e ocorrem nos tilacoides dos cloroplastos. Os produtos dessas reações que suprem o ciclo de Calvin são a) energia luminosa. b) CO2 e ATP. c) H2O e NADPH. d) ATP e NADPH. e) FAD e CO2. Comentários: No processo de fotossíntese, temos duas fases ocorrendo: a fase clara e a fase escura. Na fase clara, a energia luminosa entra nos tilacoides e energiza os elétrons da clorofila. Esses elétrons são transportados por uma cadeia transportadora (citocromos) e ao final são captados pelo NADP+, que se reduz a NADPH. Ao mesmo tempo, ocorre a fotólise da água, e os elétrons liberados nessa reação são absorvidos pela clorofila, gerando gás oxigênio para a célula e íons H+. Os íons hidrogênio fornecem energia para a formação de uma molécula de ATP. Assim, os reagentes que iniciam a fase escura são o NADPH e o ATP formados na fase clara. Gabarito: D. ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 75 9. Versões das Aulas DATA VERSÃO ALTERAÇÃO 18/11/2021 Arquivo original ESTRATÉGIA VESTIBULARES – CURSO EXTENSIVO DE BIOLOGIA AULA 02 – METABOLISMO ENERGÉTICO DA CÉLULA 76 10. Referências Bibliográficas ALBERTS, B. et al. Biologia molecular da célula. 6ª ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. AMABIS, J. M.; MARTHO, G. R. Biologia das células: origem da vida, citologia e histologia, reprodução e desenvolvimento. 2ª ed. São Paulo: Moderna, 2004. CARVALHO, H. & RECCO-PIMENTEL, S.M. A célula. 3ª ed. Barueri: Manole, 2013. DAMINELI, A; DAMINELI, DSC. Origens da vida. Estudos avançados, 21 (59): 263 - 284. 2007.ENCICLOPÉDIA BRITÂNICA. Disponível em http://britannica.com.br/ Acesso em: 18 de março de 2019. JUNQUEIRA, L.C. & CARNEIRO, J. Histologia básica. 12ª ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2013. LOPES, S. & ROSSO, S. Conecte Bio – volume único. 1ª ed. São Paulo: Editora Saraiva, 2014. PAULINO, W.R. Biologia – volume único (Série Novo Ensino Médio), 8ª ed. São Paulo: Editora Ática, 2002. LINHARES, S. & GEWANDSZNAJDER, F. Biologia hoje. 7ª ed. São Paulo: Editora Ática. 2012 SHUTTERSTOCK. https://www.shutterstock.com/