A respiração aeróbica e a obtenção de energia (1)

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BIOLOGIA - 1° Ano
A respiração aeróbica e a obtenção de energia
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Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Biologia
Ensino Médio, 1ª Série
A RESPIRAÇÃO AERÓBICA E A OBTENÇÃO DE ENERGIA
BIOLOGIA - 1° Ano
A respiração aeróbica e a obtenção de energia
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Metabolismo
Conjunto de reações químicas que ocorrem no organismo.
Ex.: biossíntese de nucleotídeos e aminoácidos, degradação de ácidos graxos.
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Seres Produtores
Também chamados de AUTÓTROFOS.
São capazes de produzir o próprio “alimento” através do processo da FOTOSSÍNTESE.
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Seres Consumidores
Também chamados HETERÓTROFOS.
Não produzem seu próprio alimento e precisam se alimentar de autótrofos ou outros heterótrofos para obter energia necessária à sua sobrevivência (1).
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Como a energia é armazenada na célula?
Nas ligações fosfato da molécula de ATP.
Imagem: Marcus / Public Domain
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ATP
ATP = Adenosina tri-fosfato;
Armazena nas suas ligações fosfatos à energia liberada na quebra da glicose;
Quando a célula precisa de energia para realizar alguma reação química, as ligações entre os fosfatos são quebradas, a energia é liberada e utilizada no metabolismo celular. 
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ATP
Essa molécula é formada pela união de uma adenina e uma ribose aderida a três radicais fosfato.
Imagem: NEUROtiker / Public Domain
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Aceptores intermediários de H+
NAD e FAD;
São aceptores intermediários de hidrogênio, ligando-se a prótons (H+) “produzidos” durante as etapas da respiração e cedendo-os para o oxigênio, que é aceptor final de hidrogênios.
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NAD
Imagem: NEUROtiker / Public Domain
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FAD
Imagem: NEUROtiker / Public Domain
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Processos de liberação de energia:
Aeróbios: ocorre com a participação do oxigênio. Ele é o aceptor final de elétrons e hidrogênios;
Anaeróbios: Também chamado de FERMENTAÇÃO. Acontece sem a utilização de oxigênio. Os aceptores finais dependem do tipo de fermentação.
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Fases:
Anaeróbia (glicólise): não necessita de oxigênio para ocorrer e é realizada no citoplasma;
Aeróbia (ciclo de Krebs e cadeira transportadora de elétrons): requer e presença de oxigênio e ocorre dentro das mitocôndrias.
Respiração Aeróbica
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 PRIMEIRA ETAPA - GLICÓLISE 
Quebra da molécula de glicose
C 6H12O6
(2) C3H4O3
4H+
NAD e FAD 
Moléculas Carregadoras de H+
 Cada molécula carrega 2 átomos de H+ 
ÁCIDO PIRÚVICO 
- 2NAD + 2H2 = 2NADH2
- FORAM PRODUZIDOS 2 AC. PIRÚVICOS
- SALDO DE 2 ATP NA REAÇÃO
PRODUTOS DA GLICÓLISE
Diagrama: SEE-PE.
Imagem: LadyofHats / Public Domain.
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MITOCÔNDRIAS
CICLO KREBS – CADEIA RESPIRATÓRIA
HIALOPLASMA GLICÓLISE
 IMPORTANTE
Imagem: MesserWoland e
Szczepan1990 / GNU Free Documentation License
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RESPIRAÇÃO CELULAR
1ª etapa: os carboidratos e lipídeos, principalmente a glicose e os ácidos graxos, são as principais substâncias quebradas para a respiração celular. 
A glicose é quebrada no citosol em um processo chamado glicólise, onde se formam duas moléculas de ácido pirúvico, liberando uma certa quantidade de energia (4 moléculas de ATP), que produz 2 moléculas de NADH2 e consome oxigênio. 
 C6H12O6 2 C3H4O3 
	 Glicose			 Ác. pirúvico
 
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Glicólise
Quebra da glicose em:
2 moléculas de piruvato + NADH + ATP
Imagem: SEE-PE
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 Após a formação dos ácidos pirúvicos, eles entram na mitocôndria, sendo atacados então por desidrogenases e descarboxilases;
 Logo, são liberadas moléulas de CO2 pela célula e hidrogênios que são capturados pelo NAD; 
 O acetil formado combina-se com a Co-enzima A (Co-A) e a nova molécula (Acetil-CoA) começa o ciclo de Krebs .
Imagem: SEE-PE
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Mitocôndria
Matriz
Mitocondrial
Membrana
Externa
Membrana
Interna
Crista
Mitocondrial
Imagem: Mariana Ruiz / Public Domain
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Mitocôndria
Formada por 2 membranas;
A membrana externa é lisa e controla a entrada/saída de substâncias da organela;
A membrana interna contém inúmeras pregas chamadas cristas mitocondriais, onde ocorre a cadeia transportadora de elétrons;
A cavidade interna é preenchida por uma matriz viscosa, onde podemos encontrar várias enzimas envolvidas com a respiração celular, DNA, RNA e pequenos ribossomos. É nessa matriz mitocondrial que ocorre o ciclo de Krebs (2).
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RESPIRAÇÃO CELULAR
2ª etapa: o ácido pirúvico entra na mitocôndria e é convertido em acetil-coenzima A, que então é metabolizada pelo ciclo do ácido cítrico (Ciclo de Krebs);
Nessa etapa, uma quantidade de energia é liberada, sendo uma pequena parte utilizada para converter 3 NAD+ em 3 NADH (3).
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RESPIRAÇÃO CELULAR
No Ciclo de Krebs, a Acetil CoA sofre uma série de modificações que acabam produzindo ácido oxaloacético, para assim recomeçar o ciclo;
Essas reações liberam 2 moléculas de CO2 e produzem 3 moléculas de NADH e 1 molécula de FADH2.
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Ciclo de Krebs
São liberados vários hidrogênios, que são então capturados pelos NAD e FAD, transformando-se em NADH2 e FADH2;
Ocorre também liberação de energia resultando na formação de ATP. 
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CICLO DE KREBS
Continuação da quebra da molécula glicose com descarboxilações e desidrogenações 
ÁCIDO PIRÚVICO + ACETI-CoA 
 PRODUTOS FORMADOS NO CICLO DE KREBS POR CADA ÁCIDO PIRÚVICO
- 3 NADH2
- 1 FADH2
- 1 ATP
COMO SÃO 2 MOLÉCULAS DE ÁCIDO PIRÚVICO, O RESULTADO FINAL É: 
- 6 NADH2
- 2 FADH2
- 2 ATP
M
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A
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Imagem: Minutemen / Public Domain
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RESPIRAÇÃO CELULAR
3ª etapa: Depois, os elétrons de alta energia percorrem a cadeia transportadora de elétrons ou cadeia respiratória, que é composta por complexos enzimáticos, onde os elétrons cedem energia e produzem 36 mols de ATP por mol de glicose consumida.
Esse processo é chamado fosforilação oxidativa e ocorre na membrana interna da mitocôndria (4). 
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Cadeia Transportadora de Elétrons
Ocorre nas cristas mitocondriais;
Também chamado de Fosforilação Oxidativa. 
É um sistema de transferência de elétrons provenientes do NADH2 e FADH2 até a molécula de oxigênio. 
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Cadeia Transportadora de Elétrons
Os elétrons são passados de molécula para molécula presentes nas cristas mitocondriais chamados CITOCROMOS;
Quando o elétron “pula” de um citocromo para outro, até chegar no aceptor final (o oxigênio), ocorre liberaçãode energia, que é convertida em ATP (5).
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Cadeia Transportadora de Elétrons
Imagem: SEE-PE
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CADEIA RESPIRATÓRIA OU CADEIA DE ELÉTRONS 
NADH2
FADH2
MEMBRANA DAS CRISTAS MITOCONDRIAIS
PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS DE ELÉTRONS 
RESULTADO FINAL DA RESPIRAÇÃO CELULAR A PARTIR DE UMA GLICOSE 
- GLICÓLISE – 2 ATP+ 2 NADH2 
(2 + 2X3) = 8 ATP
- CICLO KREBS – 1 ATP+ 3 NADH2 
(2X3X3+2) = 20 ATP
1 FADH2 
(2X2) = 4 ATP
- CoA – 1 NADH2 
(2X3) = 6 ATP
- AO FINAL DA CADEIA
8 + 6 + 20 + 4 = 38 ATP
OBS - NA MITOCÔNDRIA SÃO 2 AC. PIRÚVICOS 
ORIGINA 3 ATP 
ORIGINA 2 ATP 
ADP + Pi
ATP
Imagem: TimVickers / Public Domain
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Fermentação
É o processo de degradação incompleta de substâncias orgânicas com liberação de energia, realizada principalmente por fungos e bactérias;
Existem diversos tipos de fermentação, que variam quanto ao produto final;
No processo de fermentação, o aceptor final de hidrogênios é o produto final (6).
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Fermentação
Pode ser de dois tipos:
Fermentação Alcoólica;
Fermentação Láctica.
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Fermentação Alcoólica
Produtos Finais: etanol, CO2 e 2 ATPs;
Realizada por leveduras que são utilizadas na produção, pouco eficaz , no que diz respeito à liberação de energia, pois uma molécula de glicose só rende 2 ATPs.
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Fermentação Alcoólica
Utilização pelo homem:
Produção de bebidas alcoólicas
Imagem: Christian / Public Domain
Imagem: Marius Fiskum / Creative
Commons Attribution 3.0 Unported
Imagem: André Karwath aka Aka / Creative
Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic
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Fermentação Alcoólica
Utilização pelo homem:
Produção de pães e bolos - fermento biológico
Imagem: ShadowWolf13 / Creative
Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic
Imagem: Bangin / GNU Free Documentation License
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Fermentação Alcoólica
Imagem: SEE-PE
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Fermentação Láctica
Realizada por bactérias do leite, é empregada na preparação de iogurtes e queijos;
Também ocorre em nossos músculos em situações de grande esforço físico;
Também rende 2 ATPs por molécula de glicose (7).
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Fermentação Láctica
Utilização pelo homem:
Produção queijos e iogurtes
Imagem: Christian Bauer / Creative
Commons Attribution 2.0 Generic
Imagem: Feuerrabe / Creative
Commons Attribution 3.0 Germany
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A respiração aeróbica e a obtenção de energia
Exercícios
(UCSal-BA) Tendo ocorrido uma anomalia nos mitocôndrios de uma célula, qual dos seguintes processos celulares será, provavelmente, o primeiro a sofrer alteração?
Glicólise
Mitose
Ciclo de Krebs
Síntese de proteína
Síntese de ácidos nucleicos
Imagem: MesserWoland e
Szczepan1990 / GNU Free Documentation License
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Exercícios
(Cesgranrio-RJ) No exercício muscular intenso, torna-se insuficiente o suprimento de oxigênio. A liberação de energia pelas células processa-se, dessa forma, em condições relativas de anaerobiose, a partir da glicose. O produto principalmente acumulado nessas condições é:
Ácido pirúvico
Ácido láctico
Ácido acetoacético
Etanol
Ácido cítrico
Imagem: Scoobytrash e Rafaelgarcia / GNU
Free Documentation License
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Exercícios
Em que a fermentação difere do metabolismo aeróbico?
	A fermentação difere da aerobiose por ser um processo mais primitivo, com um rendimento energético menor, já que o combustível usado não é totalmente metabolizado.
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Sites e outros recursos na internet
Animações em biologia celular:
Glicólise: www.johnkyrk.com/glycolysis.pt.html (animação interativa que permite a visualização de todas as etapas de glicólise);
Ciclo de Krebs: www.johnkyrk.com/krebs.pt.html (animação interativa que permite a visualização de todas as etapas do ciclo de Krebs).
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