Estudo Dirigido 1 - Ciencias Biologicas - Ed1 Ciencias Biologicas Lista 2

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Ed Bio 1 - Lista 2
Estrutura Celular / A diversidade da vida / Metabolismo Celular
ESTRUTURA CELULAR
Você sabe como uma célula é formada? E saberia responder se existe mais de um tipo de célula?
Nesse vídeo você poderá ter uma ideia geral da estrutura e funcionamento celular.
Vídeo: < https://www.youtube.com/watch?v=gyGWN_Vk2ps >.
 
  
Mesmo considerando a imensa diversidade de formas de vida que a Terra abriga, podemos perceber as notáveis semelhanças existentes na organização estrutural e no comportamento das células que constituem os mais diversos organismos do mundo vivo.
Os diferentes tipos de seres vivos apresentam uma espetacular diversidade de células, que exibem uma grande variedade de formas, tamanhos e funções, mas todas elas são equipadas por um conjunto comum de componentes capazes de garantir o desempenho de suas atividades vitais.
Dentre outras propriedades, a matéria viva caracteriza-se por possuir uma composição química que se mantém relativamente constante ao longo da vida do organismo. Essa manutenção da composição química da matéria viva requer, no entanto, que o organismo seja portador de certos componentes obrigatórios em uma célula viva.
A alta complexidade da composição química da matéria viva depende também da ocorrência harmoniosa de inúmeras reações biológicas, como aquelas associadas à digestão de alimentos e à respiração, por exemplo.
Como visto, a célula é a menor unidade capaz de manifestar as propriedades dos seres vivos. É ela quem sintetiza quase a totalidade de seus constituintes, utilizando elementos do meio extracelular. Ela cresce e se multiplica.
A célula é a menor parte dos seres vivos com forma e função definidas. Por essa razão, a célula é a unidade de estrutura e funcionamento dos seres vivos. A célula - isolada ou junto com outras células - forma todo o ser vivo ou parte dele. Além disso, ela tem todo o "material" necessário para realizar as funções de um ser vivo, como nutrição, produção de energia e reprodução.
Cada célula do nosso corpo tem uma função específica. Mas todas desempenham uma atividade "comunitária", trabalhando de maneira integrada com as demais células do corpo. É como se o nosso organismo fosse uma imensa sociedade de células, que cooperam umas com as outras, dividindo o trabalho entre si. Juntas, elas garantem a execução das inúmeras tarefas responsáveis pela manutenção da vida.
No corpo de um ser humano adulto existem aproximadamente 65 trilhões de células. Em geral, elas são tão pequenas que não podem ser vistas a olho nu, por isso faz-se necessário o uso de equipamentos como os microscópios.
Apesar de toda diversidade, pode-se reconhecer, em termos estruturais, dois tipos básicos de padrões celulares: as células procariotas (ou procarióticas) e as células eucariotas (ou eucarióticas).
Vídeo: < http://minhateca.com.br/bio.leandrobatista/Projeto+Embri*c3*a3o+-+Unicamp/002.+C*c3*a9lulas+vivas+(Viagem+*c3*a0+c*c3*a9lula),224787355.avi(video) >.
Células procariotas: as menos complexas
As células procariotas são portadoras de todo o conjunto de componentes que constituem o arsenal mínimo que uma célula deve possuir para o desempenho de suas atividades vitais.
Esses componentes estão demonstrados na figura abaixo:
 
Figura 1 - Célula procariótica
 
Fonte: Disponível em: < http://pt.wikipedia.org/wiki/Procarionte >. Acesso em: 10 mar. 2015. 
 
Membrana plasmática: é a camada limítrofe entre a matéria intra e extracelular. Ao mesmo tempo que "isola" a célula do meio que a circunda, esse envoltório executa uma verdadeira seleção de substâncias que devem entrar na célula ou sair dela. A membrana plasmática tem participação decisiva no conjunto das atividades processadas em uma célula viva.
Hialoplasma ou citoplasma: trata-se de um líquido gelatinoso em que o componente químico mais abundante é a água. Como as reações biológicas, que mantêm vida em uma célula, ocorrem em soluções aquosas, compreende-se a importância do hialoplasma nas células vivas.
Ribossomos: são organelas não membranosas, responsáveis pela síntese de uma das mais importantes moléculas orgânicas para o mundo vivo: as proteínas.
Material genético: é constituído pelos ácidos nucleicos, que comandam a síntese de proteínas nos ribossomos. Por isso, a presença de um material genético que atue como "centro de controle" das atividades celulares é fundamental para o desempenho das funções vitais nos seres vivos.
Observe que na célula procariota não existe membrana separando o material genético do hialoplasma. Dessa maneira, ao contrário do que ocorre nas demais células, nas procariotas não existe núcleo delimitado por membrana, isto é, não se verifica a existência de núcleo individualizado. Por isso, essas células são chamadas de procariotas e os organismos em que elas ocorrem são denominados procariontes, sendo representados pelas bactérias e pelas cianobactérias.
Você deve ter observado que as células procariotas são dotadas de uma membrana esquelética, também denominada parede celular. Essa estrutura não tem capacidade seletiva e sua presença não é obrigatória em todas as células vivas. A parede celular confere proteção e sustentação às células nas quais ocorre. Possui uma composição química diferente da membrana plasmática, além de ser muito mais espessa e possuir maior resistência mecânica.
Células eucariotas: as mais complexas
Excetuando os vírus, que não têm organização celular, as bactérias e as cianobactérias, que são procariontes, todos os demais seres vivos são organizados por células eucariotas, isto é, células dotadas de um núcleo delimitado por uma membrana. Essa membrana é denominada carioteca ou membrana nuclear. Os organismos dotados de células eucariotas são chamados eucariontes. Além da presença da membrana nuclear, as células eucariotas também diferem das procariotas por possuírem inúmeras organelas membranosas, como as mitocôndrias e o complexo golgiense.
Célula animal:
A célula animal é constituída basicamente por três regiões distintas:
Membrana plasmática: trata-se do envoltório que separa o material intra e extracelular.
Citoplasma: região compreendida entre a membrana plasmática e o núcleo, o citoplasma é preenchido pelo hialoplasma, também chamado matriz citoplasmática, onde se encontram imersas diversas organelas, estruturas especializadas na execução de determinadas funções.
Núcleo: estrutura portadora do material genético e responsável pelo controle das atividades celulares, o núcleo possui uma membrana (a carioteca) e é preenchido por um líquido denominado nucleoplasma ou cariolinfa, onde estão imersos o material genético e um ou mais corpúsculos chamados de nucléolos.
Funções das principais organelas encontradas em uma célula animal:
Retículo endoplasmático: sistema de canais, com bolsas achatadas e vesículas, que facilita o intercâmbio de substâncias entre a célula e o meio extracelular e auxilia a circulação intracelular de nutrientes diversos. O retículo endoplasmático pode estar associado aos ribossomos, estruturas em forma de grânulos e relacionadas com a síntese de proteínas, sendo então denominado retículo endoplasmático granuloso. Já o retículo endoplasmático que não contém ribossomos aderidos em sua superfície é denominado retículo endoplasmático não granuloso e está, de um modo geral, envolvido na síntese de lipídios.
Complexo golgiense: conjunto de sáculos "empilhados" que armazenam proteínas.
Mitocôndrias: são responsáveis pela respiração celular aeróbica. Realizam então oxidação de alimentos, com a consequente extração da energia química contida nas moléculas orgânicas que os constituem. Essa energia liberada é então colocada a serviço das diversas atividades celulares. Pela sua função, as mitocôndrias podem ser consideradas as "usinas energéticas" da célula.
Lisossomos: pequenas vesículas portadoras de enzimas digestórias. Prestam-se à digestão de materiais orgânicos disponíveis na célula.
Centríolos: Estruturas que atuam durante o mecanismo de divisão celular.
 
Figura2: Célula Eucariótica Animal
Fonte: LAURENCE, J.; MENDONÇA, V. Biologia: ecologia, origem da vida e biologia celular, embriologia e histologia, 1. ed. São Paulo: Nova Geração, 2010. v. 1.
 
Vídeo: < https://www.youtube.com/watch?v=U1mwbkpHheo >.
Célula vegetal
As células vegetais apresentam basicamente os mesmos componentes presentes nas células animais; no entanto, algumas diferenças podem ser observadas.
A comparação entre os esquemas de uma célula animal e de uma célula vegetal permite perceber que as células de vegetais são destituídas de centríolos e geralmente de lisossomos. Mas, em contrapartida, possuem três componentes - membrana esquelética celulósica ou parede celular, plastos e vacúolos de suco celular -, que não são verificados nas células animais.
Membrana esquelética celulósica ou parede celular: envoltório externo resistente, que confere proteção e sustentação à célula vegetal.
Plastos: existem vários tipos dessas organelas nas células vegetais. Os principais são os cloroplastos – organelas responsáveis pela fotossíntese, fenômeno em que as plantas sintetizam alimento a partir da energia luminosa e de substâncias inorgânicas simples.
Vacúolos: estruturas saculiformes, que se apresentam pequenas e numerosas em células vegetais jovens e volumosas e pouco numerosas em células vegetais adultas, nas quais preenchem grande parte do espaço interno. Os vacúolos promovem regulação osmótica, isto é, controlam o mecanismo de entrada e saída de água na célula, e armazenam um suco que pode conter açúcares, óleos, sais e pigmentos diversos, entre outras substâncias. Por isso, esses vacúolos são chamados de vacúolos de suco celular.
Figura 3: Esquema de cloroplasto
Fonte: LAURENCE, J.; MENDONÇA, V. Biologia: ecologia, origem da vida e biologia celular, embriologia e histologia, 1. ed. São Paulo: Nova Geração, 2010. v. 1.
Figura 4: Comparações entre os diferentes tipos de células
 
Fonte: LINHARES, S.; GEWANDSZNAJDER, F. Biologia hoje – 1. 2. ed. São Paulo: Ática, 2013.
Diferenças entre a célula animal e a célula vegetal
Vídeo: < https://www.youtube.com/watch?v=RKGQSmqt4oQ >.
As células e o sistema de classificação dos seres vivos
Vimos que a célula é o elemento básico de organização nos seres vivos, com exceção dos vírus. É importante perceber que a estrutura, a organização e o comportamento químico das células determinam a distribuição dos seres vivos em diversos reinos.
O moderno sistema de classificação, que distribui os seres vivos em cinco grandes reinos, foi idealizado por R. H. Whittaker, em 1969. Para a caracterização desses reinos, foram utilizados os seguintes critérios:
 
• Tipo de organização celular, que divide os seres vivos em procariontes e eucariontes, conforme a ausência ou presença de membrana nuclear em suas células.
• Número de células, que divide o mundo vivo em seres unicelulares ou pluricelulares, conforme sejam formados por uma única célula ou por inúmeras delas.
• Tipo de nutrição, que divide os seres vivos em autótrofos e heterótrofos, dependendo de serem ou não capazes de sintetizar o seu próprio alimento, além da maneira pela qual os heterótrofos obtêm seu alimento – se por absorção ou por ingestão do material orgânico disponível.
DIVERSIDADE DA VIDA: OS CINCO REINOS
A partir desses critérios citados, os seres vivos foram agrupados em cinco grandes reinos: Monera, Protoctista (Protista), Fungi, Plantae e Animalia.
Vídeo: < https://www.youtube.com/watch?v=DCnj4qMI93c >.
Reino Monera: compreende os organismos unicelulares e procariontes, como as bactérias e as cianobactérias ou cianofíceas. Esses seres têm uma distribuição natural excepcionalmente ampla, podendo ser encontrados em todos os ecossistemas da biosfera, apresentando vida livre ou associados a seres vivos de outros grupos. As bactérias, em sua maioria, vivem principalmente como seres heterótrofos decompositores. Já as cianobactérias são clorofiladas e, portanto, autótrofas fotossintetizantes.
Vídeo: < https://www.youtube.com/watch?v=F4deLig-F6s >.
Reino Protoctista ou Protista: Formado pelos organismos unicelulares e eucariontes, como os protozoários e certas algas. A exemplo dos seres do reino Monera, os protistas também podem viver livremente ou associados a seres vivos de outros grupos. Os protozoários são protistas heterótrofos, enquanto as algas são autótrofas fotossintetizantes.
Vídeo: < https://www.youtube.com/watch?v=8Y2Q43a3FbQ >.
Reino Fungi: Composto por todos os fungos, que podem ser organismos unicelulares ou pluricelulares, eucariontes e heterótrofos por absorção. Os componentes desse reino são encontrados em lugares úmidos e ricos em matéria orgânica.
 
Vídeo: < https://www.youtube.com/watch?v=X0w3hsSrXrc >.
 
Reino Plantae ou Metaphyta: abrange os organismos pluricelulares, eucariontes e autótrofos. Nesse reino, também conhecido como reino das plantas, incluem-se as algas pluricelulares, as briófitas (musgos e hepáticas), as pteridófitas (samambaias, avencas), as gimnospermas (pinheiros, sequoias) e as angiospermas (capins, alfaces, ipês, laranjeiras; que constituem o grupo mais numeroso entre os vegetais).
 
Vídeo: < https://www.youtube.com/watch?v=YrRK7Dv8yBA >.
 
Reino Animalia ou Metazoa: compreende os organismos pluricelulares, eucariontes e heterótrofos por ingestão. Esse reino abrange todos os animais, desde os poríferos ou esponjas até os mamíferos.
Vídeo: < https://www.youtube.com/watch?v=3e9JAWHAs60 >.
Vírus, um grupo muito especial
Você deve ter notado que os vírus não foram enquadrados em nenhum dos cinco reinos descritos. Há ainda controvérsias em relação se vírus são ou não são seres vivos.
Os vírus não são inseridos em nenhum dos cinco grandes reinos, em virtude de certas peculiaridades que possuem. Assim, os vírus formam um grupo muito especial, um grupo sem reino.
Extremamente pequenos e visíveis apenas ao microscópio eletrônico, os vírus são constituídos por uma cápsula orgânica de natureza basicamente proteica, que abriga em seu interior o material genético viral, sendo portadores de apenas um tipo de ácido nucleico: DNA ou RNA.
Apesar de possuírem material genético, os vírus são destituídos de membrana plasmática, de hialoplasma e de ribossomos. Assim, não possuem organização celular nem metabolismo próprio, permanecendo absolutamente inertes quando fora de células vivas.
Entretanto, quando penetram em uma célula hospedeira ou nela injetam seu material genético, multiplicam-se em seu interior à custa do equipamento bioquímico da célula hospedeira.
Dessa forma, os vírus são considerados parasitas intracelulares obrigatórios e provocam inúmeras doenças nos mais diversos grupos de seres vivos. Essas doenças são genericamente denominadas viroses.
 
Vídeo: < http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=9163 >.
Estrutura de um vírus
A organização de um vírus é muito simples: são cápsulas de proteínas (às vezes há outras substâncias, como lipídios e glicídios) com material genético (DNA ou RNA) em seu interior.
Os vírus são capazes de se reproduzir somente quando estão no interior de uma célula. Os novos vírus formados são semelhantes ao original, possuindo, portanto, propriedades de reprodução e hereditariedade.
Os vírus não pertencem a nenhum dos cinco reinos ou dos três domínios e, para muitos cientistas, não são considerados seres vivos, pois não possuem metabolismo próprio. Outros consideram que a capacidade de replicação, a hereditariedade e a evolução já são suficientes para considerá-los seres vivos.
Os vírus medem entre 0,01 µm e 0,9 µm e são formados por uma cápsula de proteína, o capsídeo, com várias subunidades, os capsômeros. No interior do capsídeo há um ácido nucleico (DNA ou RNA). Esse conjunto recebe o nome de nucleocapsídeo.
Em alguns vírus, o capsídeo é coberto por uma membrana lipídica, constituída pela membrana plasmática da célula invadida. Proteínas virais podem estar mergulhadas nessa membrana.
Como não possuem todas as estruturasnecessárias para a duplicação de seu ácido nucleico e para a síntese de proteínas da cápsula, precisam usar o equipamento metabólico de uma célula viva para se multiplicar.
Figura 5: Estrutura de alguns vírus
 
Fonte: LINHARES, S.; GEWANDSZNAJDER, F. Biologia hoje – 1. 2. ed. São Paulo: Ática, 2013.
Reprodução
Um dos vírus mais estudados é o bacteriófago, ou fago, que ataca bactérias, reproduzindo-se em seu interior.
O processo começa com o encaixe das fibras da cauda do vírus na membrana da bactéria. A cauda se contrai e injeta o DNA na célula. A cápsula, vazia, fica do lado de fora.
No interior da célula, o vírus comanda a produção de uma enzima que inativa o DNA da bactéria, assumindo o comando do metabolismo celular e usando os nucleotídeos e as enzimas da célula para fabricar cópias do seu próprio DNA, além de comandar a síntese de proteínas da cápsula. As novas cápsulas se associam às cópias do DNA, e de cem a duzentos novos vírus são formados. Um dos genes do vírus produz, então, uma enzima que digere a parede da bactéria, provocando a ruptura e a morte da célula. Cada vírus formado pode infectar uma nova bactéria.
 
Figura 6: Vírus infectando uma bactéria
 
Fonte: LINHARES, S.; GEWANDSZNAJDER, F. Biologia hoje – 1. 2. ed. São Paulo: Ática, 2013.
 
Reprodução de Vírus de RNA
Em alguns tipos de vírus que apresentam RNA como material genético, esse ácido nucleico orienta – dentro da célula hospedeira – a produção de uma molécula de RNA que vai comandar a síntese de proteínas da cápsula e de novas moléculas de RNA.
Já nos grupos de vírus de RNA conhecidos como retrovírus, esse ácido sintetiza uma molécula de DNA (com a enzima transcriptase) que poderá orientar a produção de novas moléculas de RNA virais e proteínas da cápsula.
Defesa contra vírus
Quando um vírus ou outros microrganismos invadem o corpo, há produção de anticorpos, moléculas que atacam o invasor. Em alguns casos, os anticorpos produzidos após a primeira infecção fornecem proteção permanente e a pessoa dificilmente fica doente de novo.
METABOLISMO CELULAR
O que é metabolismo celular?
Vídeo: < http://mais.uol.com.br/view/9d1qqdho43o5/metabolismo-celular-animacao-0402D8914386?types=A >.
Metabolismo celular é o conjunto de transformações que os nutrientes e outras substâncias químicas sofrem no interior das células.
Todos os seres vivos de natureza celular (bactérias, fungos, protozoários, algas, plantas e animais) consomem energia o tempo todo, o que é crucial para que possam se manter vivos. Essa energia é gasta na manutenção do organismo e na realização de atividades variadas, como a síntese de moléculas e o processo reprodutivo.
Aqui serão estudadas a obtenção, a transformação e a utilização da energia necessária à vida, ou seja, o metabolismo energético da célula.
FOTOSSÍNTESE
 
 
Vídeo: < http://minhateca.com.br/bio.leandrobatista/Projeto+Embri*c3*a3o+-+Unicamp/009.+Fotoss*c3*adntese+(Energia),218149601.avi(video) >.
 
Fotossíntese: conceito e equação simplificada
 
A fotossíntese consiste basicamente na conversão da energia luminosa em energia química. Por meio desse fenômeno biológico, os organismos clorofilados assimilam carbono, na forma de gás carbônico, e transformam a energia luminosa em energia química, além de liberar gás oxigênio.
Utilizando substâncias simples e de baixo conteúdo energético, como o gás carbônico CO2 e a água H2O, a fotossíntese produz substâncias orgânicas de alto teor de energia – glicose  C6H12O6 -, além de gás oxigênio O2. Para que o fenômeno ocorra é fundamental a participação do pigmento clorofila, que atua absorvendo a energia luminosa, posteriormente transformada em energia química; esta fica, então, armazenada nas moléculas orgânicas produzidas.
A fotossíntese tem esse nome porque é um processo de síntese que exige luz para que se realize.
Na fotossíntese, as moléculas de gás carbônico e de água são transformadas em açúcares com a utilização da energia luminosa.
O processo pode ser resumido pela equação química:
Figura 7: Local de ocorrência do processo da fotossíntese
 
FONTE: SILVA JÚNIOR, César da et al. Biologia 3. 10. ed. São Paulo: Saraiva, 2013.
A síntese que ocorre é a formação de matéria orgânica (carboidratos), a partir da água e do gás carbônico, havendo necessidade de pigmento que capte a energia da luz solar: o pigmento clorofila. Assim, a fotossíntese somente é realizada pelos seres vivos que possuem células com pigmentos fotossintetizantes, especialmente a clorofila.
Etapas da Fotossíntese:
A fotossíntese pode ser dividida em duas etapas: a fotoquímica (fase clara) e a química (fase escura).
A etapa fotoquímica
Para que a etapa fotoquímica se processe, a presença de luz é indispensável; por isso, é também chamada de fase luminosa ou fase clara. Ocorre apenas nos grana dos cloroplastos, pois são eles que abrigam as moléculas de clorofila. Essas moléculas são responsáveis pela absorção de energia luminosa.
A etapa fotoquímica compreende dois conjuntos de reações em que se realizam as fotofosforilações e a consequente produção de moléculas de ATP. As fotofosforilações, portanto, são de dois tipos: cíclico e acíclico.
A fotofosforilação cíclica inicia-se quando a energia luminosa é absorvida pela clorofila A e se acumula em certos elétrons dessa molécula.
Já a fotofosforilação acíclica envolve a participação das clorofilas A e B.
Durante a etapa fotoquímica, a energia luminosa é absorvida pela clorofila e armazenada em moléculas de ATP (adenosina trifosfato). Além disso, a luz promove a transformação da água em hidrogênio e oxigênio. Enquanto o oxigênio é liberado pela planta, o hidrogênio e a energia do ATP são usados na fase seguinte, que não usa luz, para transformar o gás carbônico em glicose (carboidrato). Para isso, o hidrogênio é transportado para o estroma do cloroplasto (a fase clara ocorre nos tilacoides) combinado à nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (NADP), molécula semelhante ao NAD da respiração com mais um fosfato.
A etapa química
Enquanto a etapa fotoquímica ocorre nos grana dos cloroplastos, a etapa química é processada no estroma. Bem mais lenta que a fotoquímica, essa etapa se realiza tanto em presença de luz quanto no escuro. Por isso, é também chamada de etapa escura. Pelo fato de envolver a participação marcante de uma rede complexa de enzimas, essa fase também é conhecida por etapa enzimática.
Na fase química, o gás carbônico CO2 é transformado em glicose.
A etapa química, também chamada ciclo das pentoses ou de Calvin ou de Calvin-Benson, ocorre no estroma e nela estão envolvidas uma série de reações químicas, onde são sintetizados glicídios a partir do gás carbônico e dos hidrogênios produzidos na etapa fotoquímica. A energia para essa síntese vem do ATP, também produzido na primeira etapa. A conversão do gás carbônico em um composto orgânico (um glicídio) é chamada fixação do carbono.
 
Figura 8: Esquema simplificado da relação entre as duas fases da fotossíntese
 
FONTE: Silva Júnior, César da et al. Biologia 3. 10. ed. São Paulo: Saraiva, 2013.
Desse modo, as duas etapas estão relacionadas, pois os átomos de hidrogênio necessários à segunda etapa são fornecidos pelo NADPH, e a energia vem do ATP originado na primeira etapa.
 
Figura 9: Etapas da fotossíntese no cloroplasto
 
FONTE: SILVA JÚNIOR, César da et al. Biologia 3. 10. ed. São Paulo: Saraiva, 2013.
Figura 10: Resumo da fotossíntese
 
Fonte: LAURENCE, J.; MENDONÇA, V. Biologia: ecologia, origem da vida e biologia celular, embriologia e histologia. 1. ed. São Paulo: Nova Geração, 2010. v. 1.
Matéria e energia para os seres vivos:
As moléculas orgânicas de glicose, fabricadas por meio da fotossíntese, são utilizadas como "matéria-prima" na construção de moléculas orgânicas diversas, que participam da produção, do crescimento e da manutenção da estrutura corpórea dos seres vivos. Além disso, essas substâncias atuam como combustíveis que fornecem a energia necessária para odesempenho das diversas funções vitais tanto nos próprios organismos clorofilados como nos organismos heterótrofos, que se nutrem direta ou indiretamente dos organismos clorofilados.
Assim, pode-se considerar que os seres fotossintetizantes constituem "fábricas de alimento" para o mundo vivo, o que justifica o fato de sua presença ser indispensável à manutenção de vida nos ecossistemas em equilíbrio. Com exceção dos reinos Animalia e Fungi, os outros reinos do mundo vivo têm representantes de seres clorofilados.
ATP, a bateria energética da célula
Na fotossíntese, a energia luminosa não é transferida diretamente para as moléculas orgânicas. Da mesma maneira, no mecanismo respiratório a energia química acumulada nos alimentos não é cedida diretamente para o trabalho celular.
Em ambos os casos, verifica-se a participação de uma molécula que atua como "bateria energética", funcionando como um elo nos processos de transferência de energia. Essa molécula, denominada trifosfato de adenosina (ATP), tem a característica de armazenar energia em suas ligações químicas e liberá-la de acordo com as necessidades da célula. Todo o metabolismo energético de uma célula viva depende da participação dessa molécula, que é capaz de ceder energia para o processamento do trabalho celular.
Quando uma célula desenvolve certo tipo de trabalho, o ATP atua como fonte imediata de energia para que o trabalho se realize. Então, uma das ligações entre os radicais de fósforo se desfaz e a energia é cedida para a atividade celular. O ATP, desprovido de um radical de fósforo, transforma-se em ADP (difosfato de adenosina).
O ADP pode, no entanto, se transformar novamente em ATP, desde que seja recarregado com energia e um radical fosfato. A esse processo dá-se o nome de fosforilação.
Quando a energia usada na fosforilação provém da luz, o fenômeno é chamado fotofosforilação. Quando a energia origina-se da oxidação ("queima") de compostos orgânicos, o fenômeno é chamado fosforilação oxidativa.
Assim, por meio da fotofosforilação, a energia luminosa absorvida pela clorofila, durante a fotossíntese, é transferida e armazenada sob a forma de energia química nas moléculas de ATP. Posteriormente, o ATP cede a energia química que contém, permitindo que sejam sintetizadas moléculas orgânicas de elevado conteúdo energético.
Quimiossíntese:
Existem bactérias que sintetizam matéria orgânica a partir de substâncias simples (CO2 
 e H2O), usando energia química proveniente da oxidação de certas substâncias químicas. Elas provocam a oxidação de substâncias minerais do solo ou da água (amônia, enxofre etc.) e aproveitam a energia liberada para sintetizar açúcares. A partir destes, outras substâncias orgânicas são produzidas.
Esse fenômeno – chamado quimiossíntese – difere da fotossíntese fundamentalmente quanto à fonte de energia luminosa utilizada. Na fotossíntese, a fonte de energia é a luz; na quimiossíntese, são as substâncias químicas previamente oxidadas.
 
Comparada à fotossíntese, a quimiossíntese representa uma fração muito pequena do processo de produção de cadeias de carbono. Entretanto, tem importância no ciclo dos compostos nitrogenados.
A energia liberada pelas bactérias é utilizada na síntese de produtos orgânicos e, ao mesmo tempo, elas promovem a reciclagem do nitrogênio dos compostos mortos.
Respiração
Todos os seres vivos precisam do gás oxigênio para sobreviver?
Você sabe como as células obtêm a energia contida nos alimentos?
O que são exercícios aeróbios e anaeróbios?
 
Figura 11: O ATP acumula a energia da respiração celular e é distribuído para as diversas partes da célula que consomem energia
 
FONTE: LINHARES, S.; GEWANDSZNAJDER, F. Biologia Hoje – 1. 2. ed. São Paulo: Ática, 2013.
 
Para responder a estas perguntas, veremos como a liberação de energia pode ser feita com consumo do gás oxigênio (respiração aeróbia) ou sem consumo desse gás (respiração anaeróbica).
A respiração aeróbia começa no citosol e, nos eucariontes, termina no interior da mitocôndria. Nos procariontes que executam esse tipo de respiração, suas etapas finais ocorrem na membrana plasmática.
O processo de respiração celular aeróbia pode ser representado pela equação:
 
Essa equação resume o processo respiratório, mostrando as substâncias que a reagem (glicose e oxigênio), as substâncias produzidas (gás carbônico e água) e a proporção relativa entre elas.
Figura 12: Resumo da respiração aeróbia
 
 
FONTE: LAURENCE, J.; MENDONÇA, V. Biologia: ecologia, origem da vida e biologia celular, embriologia e histologia. 1. ed. São Paulo: Nova Geração, 2010. v. 1.
Etapas da Respiração Aeróbia
A respiração aeróbia pode ser dividida em etapas:
 
• Glicólise: fase anaeróbica que ocorre no citosol em que cada molécula de glicose (C6H12O6) é decomposta em duas moléculas de uma substância mais simples, o piruvato (C3H4O3). O desdobramento da glicose em piruvato e hidrogênio se faz sem a presença de oxigênio livre. A energia produzida fica armazenada em moléculas de ATP, sendo que o saldo energético dessa fase é de duas moléculas de ATP.
• Ciclo de Krebs: Ocorre na matriz das mitocôndrias das células eucarióticas. Depois que penetra na mitocôndria, o piruvato sofre transformações originando uma substância chamada acetil-CoA que entra no ciclo de Krebs. Desde a entrada do piruvato na mitocôndria até a finalização de um ciclo de Krebs completo, tem-se como resultado a produção dos gases carbônico e hidrogênio, com desprendimento de energia.
 
O gás carbônico é liberado da célula, o hidrogênio associa-se a transportadores especiais e a energia é empregada para a síntese de ATP, com um saldo de 2 ATPs.
 
Figura 13: Ciclo de Krebs
FONTE: SILVA JÚNIOR, César da et al. Biologia 3. 10. ed. São Paulo: Saraiva, 2013.
• Cadeia respiratória: Ocorre nas cristas das mitocôndrias das células eucarióticas. O hidrogênio, vindo do ciclo de Krebs, desprende-se dos transportadores e reage com o oxigênio, formando água. Nessa etapa também ocorre liberação de energia com um saldo de 32 ou 34 moléculas de ATP, dependendo da célula. O saldo total em ATPs da respiração aeróbia, a partir da quebra de uma molécula de glicose, é de 36 ou 38 ATPs, dependendo da célula.
Figura 14: Esquema simplificado da obtenção de energia pela célula desde a ingestão de alimentos até a produção de ATP.
FONTE: SILVA JÚNIOR, César da et al. Biologia 3. 10. ed. São Paulo: Saraiva, 2013.
Vídeo: < http://minhateca.com.br/fsrangel/Projeto+Embri*c3*a3o+-+Unicamp/010.+Respira*c3*a7*c3*a3o+celular+%28Energia%29,241178790.avi%28video%29 >.
Respiração Anaeróbia
A respiração aeróbia é o processo mais amplamente utilizado pelos seres vivos para obtenção de energia a partir dos alimentos. Alguns seres vivos podem, no entanto, liberar energia dos alimentos recorrendo a dois processos anaeróbios, ou seja, processos que não utilizam oxigênio livre: a respiração anaeróbia e a fermentação.
A respiração anaeróbia é utilizada apenas por certas espécies de bactérias e consiste na liberação da energia contida nos alimentos usando substâncias inorgânicas que contêm oxigênio em suas moléculas.
 
Embora não tenha sido utilizado oxigênio livre, foi utilizado o nitrato (NO3), que contém oxigênio. Em outros casos, ao invés de nitrato, esse processo é feito usando carbonatos ou sulfatos.
Fermentação
Na fermentação, a glicose sofre desdobramento sem reagir com outra substância. Esse processo não depende, portanto, de oxigênio livre nem de substância que contenha oxigênio para sua realização.
 
São vários os tipos de fermentação, classificados de acordo com o produto final obtido no processo. Assim, existe a fermentação alcoólica, láctica e acética.
Na equação mostrada acima, tem-se o exemplo de uma fermentação alcoólica, a qual recebe esse nome porque a substância orgânica em que foi desdobrada a glicose é um álcool: o álcool etílico ou etanol (C2H5OH).
Um exemplo de ser vivo que realiza a fermentação alcoólica éo fungo Saccharomyces cerevisiae, conhecido como levedo da cerveja, porque é utilizado para fermentar o açúcar no processo de fabricação da cerveja. Ele também é utilizado como fermento biológico na produção de pão.
Além de leveduras, algumas bactérias também realizam fermentação alcoólica. As leveduras são seres que na presença de oxigênio realizam respiração aeróbia e na ausência ou escassez realizam fermentação. Sendo assim, praticam facultativamente um processo anaeróbio e por isso pertencem ao grupo dos chamados aeróbios facultativos. Além de diversas espécies de organismos fermentadores, muitas bactérias que realizam respiração anaeróbia são anaeróbias facultativas, utilizando oxigênio livre quando este gás está presente no meio.
Existem, no entanto, alguns microrganismos que são anaeróbios estritos: utilizam apenas processos anaeróbios, morrendo em presença de oxigênio livre.
Da mesma forma que a respiração aeróbia, a fermentação inicia-se com a glicólise (decomposição da glicose resultando em duas moléculas de piruvato e duas de hidrogênio), um processo anaeróbio que ocorre no citosol.
A energia liberada na glicólise é de 2 ATPs.
No caso da fermentação alcoólica, o piruvato é transformado em um produto mais simples, com 2 carbonos, liberando gás carbônico, que se desprende para o ambiente. Essa substância com 2 carbonos reage com o hidrogênio liberado durante a glicólise, resultando o etanol (álcool etílico).
Na fermentação láctica, o piruvato reage com o hidrogênio produzido pela glicólise e forma o ácido láctico (C3H6O3).
Os processos de fermentação láctica podem ser realizados por bactérias, fungos e por células da musculatura do corpo dos animais, neste caso, quando submetidas a atividades intensas, como mecanismo para liberação de energia.
Na fermentação acética, o piruvato forma gás carbônico e ácido acético (C2H4O2: vinagre).
Todos os seres vivos obtêm a energia da qual necessitam por meio da fermentação e/ou da respiração celular. No entanto, esses processos dependem da energia química contida em moléculas orgânicas, como os açúcares. Como esse material é produzido na natureza?
A síntese dessas moléculas ricas em energia se dá pela atividade dos organismos autótrofos, isto é, aqueles capazes de realizar a fotossíntese ou a quimiossíntese, que são, na sua maioria, seres clorofilados, que fazem fotossíntese utilizando a energia luminosa proveniente do Sol. Os demais organismos, os heterótrofos, dependem direta ou indiretamente dos autótrofos para obter alimento orgânico.
 Figura 15: Relação entre Fotossíntese e Respiração
FONTE: SILVA JÚNIOR, César da et al. Biologia 3. 10. ed. São Paulo: Saraiva, 2013.
 
Figura 16: Equações Gerais
 
FONTE: SILVA JÚNIOR, César da et al. Biologia 3. 10. ed. São Paulo: Saraiva, 2013.
Referências 
LAURENCE, J.; MENDONÇA, V. Biologia: ecologia, origem da vida e biologia celular, embriologia e histologia. 1. ed. São Paulo: Nova Geração, 2010. v. 1.
LINHARES, S.; GEWANDSZNAJDER, F. Biologia Hoje – 1. 2. ed. São Paulo: Ática, 2013.
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PAULINO, W. R. Biologia, volume 1: citologia e histologia. 1. ed. São Paulo: Ática, 2005.
SILVA JÚNIOR, César da et al. Biologia 3. 10. ed. São Paulo: Saraiva, 2013.
 
Saiba mais em: 
< https://www.youtube.com/watch?v=aoD3nH6cx74 >.
< http://www.ciencias.seed.pr.gov.br/modules/video/showVideo.php?video=8932 >.
< https://www.youtube.com/watch?v=meYr0TjwaVw >.
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