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U N ID A D E III Professora Me. Eloiza Muniz Capparros ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Objetivos de Aprendizagem ■ Diferenciar organismos procariontes e eucariontes (protozoários, fungos, animais e vegetais) quanto às organelas celulares e quanto ao metabolismo. ■ Compreender os principais aspectos referentes à estrutura, à função e ao metabolismo do retículo endoplasmático, do Complexo de Golgi, dos lisossomos e dos peroxissomos. ■ Identificar os principais componentes estruturais e as funções de um ribossomo. ■ Esquematizar e correlacionar a estrutura da mitocôndria com as principais reações químicas que ocorrem na respiração celular. ■ Compreender os eventos que ocorrem em cada etapa da fotossíntese: etapa fotoquímica; fotofosforilação cíclica; fotofosforilação acíclica; reações da fase luminosa; etapa química ou enzimática. Plano de Estudo A seguir, apresentam-se os tópicos que você estudará nesta unidade: ■ Tipos celulares: organelas e metabolismo ■ Organelas responsáveis pela síntese e degradação de macromoléculas ■ Ribossomos e síntese de proteínas ■ Cloroplastos e fotossíntese ■ Mitocôndrias e respiração celular INTRODUÇÃO Olá, caro(a) aluno(a)! Você está iniciando a terceira unidade e, ao longo desta jornada, o objetivo é aprofundar seus conhecimentos a respeito das células, tanto na estrutura quanto no funcionamento. Esta unidade é uma continuidade do que você viu nas outras duas, com um enfoque estrutural e funcional das organelas celulares e do seu metabolismo. Nas duas unidades anteriores, você teve contato com o histórico do desenvol- vimento da Biologia Celular, bem como conheceu estruturalmente os principais tipos celulares. Você identificou também os elementos que estruturam uma célula, como se você pudesse observá-la de “fora para dentro”. Utilizando a permeabilidade seletiva da membrana, você pode reconhecer as trocas que a célula realiza com seu meio extracelular, bem como identificar os componentes do citoplasma. Estas informações serão bastante úteis agora, pois você conhecerá alguns desdobramentos e particularidades do movimento de moléculas por meio de membranas. A respeito da estrutura das células eucariontes, você pode conhecer também o citoesqueleto e seus componentes, além de identificar o funcionamento das estruturas que o compõem. Nesta unidade, você ver á como organelas e proces- sos metabólicos interagem com o citoesqueleto. Ao assumir que as células se comunicam, você viu que existem diferentes vias para que esta comunicação ocorra. Entre elas, está a produção e a secre- ção de substâncias pelas células, tais como os hormônios. Estes processos serão aprofundados nesta unidade, tendo em vista que a importância e o mecanismo de comunicação já são conhecidos. A partir de agora é com você. A terceira unidade apresentará a estrutura e o metabolismo das principais organelas celulares presentes nos eucariontes. Aproveite para relacionar os conhecimentos aqui apresentados com tudo o que você já estudou. Bons estudos! Introdução Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 115 ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E116 TIPOS CELULARES: ORGANELAS E METABOLISMO Ao longo das duas primeiras unidades, você pôde perceber que todos os seres vivos são formados por células. Alguns são unicelulares, outros pluri ou multi- celulares, as bactérias são procariontes, mas você é um indivíduo formado por células eucariontes. A organização em grupos, entretanto, não significa que as células são idênticas, muito pelo contrário, a diversidade delas é muito grande, tanto para os organismos uni quanto os pluricelulares, em que há diferenças, inclusive, nos diferentes tecidos que formam o mesmo organismo. A partir de agora, o foco será na estrutura e no funcionamento das organelas, de modo a interligar isto com o metabolismo celular. Este compreende o con- junto de processos químicos de degradação e síntese de moléculas (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2015; DE ROBERTS; HIB, 2001). Para fins didáticos, organelas são definidas aqui como todas as estruturas intracelulares presentes em todas as células e que desempenham funções bem definidas, sem necessariamente serem delimitadas por membranas (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2015). De acordo com esta definição, tanto organismos procarion- tes quanto eucariontes têm organelas em sua estrutura, sendo que cada tipo celular apresenta organização, quantidade e tipos de organelas relacionadas ao seu metabolismo. Tipos Celulares: Organelas e Metabolismo Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 117 PROCARIOTOS As células procariontes (Figura 1), devido à estrutura simples, apresentam variedade menor de organelas quando comparadas às células eucariontes. Nos procariontes, a célula é delimitada pela membrana plasmática, que pode formar os mesossomos. Podem apresentar concentração de enzimas respiratórias, fun- damentais para o metabolismo. Alguns podem apresentar parede celular ao redor da membrana plas- mática, que fornece rigidez e funciona de modo análogo ao citoesqueleto, que existe apenas em células eucariontes. Algumas bactérias podem, ainda, apresentar uma cápsula que as envolve e protege de fatores ambientais poten- cialmente danosos. Cápsula Parede celular Membrana plasmática Citoplasma Flagelos Fímbrias Ribossomos DNA cromossômico DNA plasmidial O DNA dos eucariontes é circular e fica no citoplasma, em uma região chamada nucleoide. Além do DNA que forma os cromossomos, existe tam- bém o DNA no plasmídeo, o que é muito importante para a manutenção da variabilidade genética dos procariontes, visto que a reprodução desses organismos é feita por bipartição, ou seja, basicamente, são formados clo- nes da célula original. Figura 1 - Estrutura de uma célula bacteriana (procarionte), evidenciando estruturas e organelas ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E118 O citoplasma dos procariotos não apresenta organelas membranosas, sendo o citosol e os polirribossomos os principais componentes. Os polirribossomos são resultados da união entre um ribossomo e um RNAm (mensageiro), respon- sável pela síntese de proteínas. No citoplasma, pode haver, ainda, a presença de grânulos diversos que, neste caso, são acúmulos de alimentos. Nas bactérias fotossintetizantes existem membranas paralelas entre si que estão associadas à clorofila ou, outros pigmen- tos, funcionando como reservatório. Alguns podem apresentar cílios e flagelos, importantes para a locomoção. Apesar da simplicidade estrutural, os procariotos apresentam grande diver- sidade metabólica, que se reflete em sua distribuição universal. As condições ambientais em que vivem as bactérias e arqueias são as mais variadas, incluindo lugares extremos em que as condições de temperatura, pH, umidade e oxigênio disponível impossibilitam a vida de outros organismos. Os procariotos têm grande capacidade de utilizar muitos nutrientes como fonte de carbono e energia, apresentando alta plasticidade e capacidade de adap- tação. Quanto ao metabolismo, podem ser fototróficos (utilizam luz solar como fonte de energia) ou quimiotróficos (obtêm energia nos compostos químicos encontrados no ambiente em que vivem). EUCARIOTOS As células eucariontes são aquelas que, por definição, apresentam núcleo. A complexidade estrutural dessas células, porém, vai muito além do núcleo. Os eucariontes apresentam organelas endomembranosas, de modo que o citoplasma é dividido em compartimentos ou microrregiões, onde se encontram moléculas diferentes do citosol e que executam funções especializadas. Acompartimentalização do citoplasma das células eucariontes aumenta a eficiência metabólica, pois a separação das atividades permite que essas células atinjam maior tamanho, sem prejuízo de suas funções. Além dos ribossomos, que também existem nas células procariontes, as orga- nelas encontradas em eucariotos são: Tipos Celulares: Organelas e Metabolismo Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 119 ■ Mitocôndrias: responsáveis pela respiração celular e o metabolismo energético. ■ Retículo endoplasmático: rede de vesículas que se comunicam e que são responsáveis pela inativação de moléculas tóxicas, síntese de fosfolipídios e proteínas, produção de hormônios esteroides, depósito de íons Ca²+. ■ Complexo de Golgi: vesículas circulares achatadas ou esféricas, respon- sáveis pela separação e endereçamento das moléculas sintetizadas nas células, encaminhando-as para as vesículas de secreção (que serão expulsas da célula), ou para os lisossomos (permanecem na célula, no citoplasma ou na membrana plasmática). ■ Lisossomos: são responsáveis pela digestão de moléculas que entram na célula por fagocitose ou pinocitose. ■ Peroxissomos: realizam a oxidação de substâncias, o metabolismo do ácido úrico e a desintoxicação celular. As estruturas e o funcionamento de cada organela serão estudados nos próxi- mos tópicos. O objetivo aqui é ter uma visão panorâmica a respeito das organelas celulares. Dentre os diferentes tipos celulares, existem diferenças significativas que distinguem células animais e células vegetais (Figura 2). As vegetais apresentam estruturas e organelas que são ausentes nas células animais, que são: ■ Presença de parede celular. ■ Presença de plastídios (plastos), quando não apresentam pigmento, são chamados de leucoplastos, quando têm pigmentos, são cromoplastos. O tipo mais frequente é o cloroplasto, rico em clorofila, que é o principal pigmento fotossintético. ■ Vacúolos citoplasmáticos são grandes reservatórios de diversas substâncias. ■ Presença de amido como polissacarídeo de reserva. Nos animais, a reserva é de glicogênio. ■ Presença de plasmodesmos. Canais que conectam as células vegetais adja- centes, fornecendo resistência e capacidade de comunicação. Com função análoga, os animais apresentam junções comunicantes. ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E120 Figura 2 - Estrutura de célula eucarionte animal Figura 3 - Estrutura de célula eucarionte vegetal Mitocôndria Centríolo Retículo endoplasmático Microtúbulos Complexo de Golgi Lisossomos Ribossomos Vesículas Núcleo Nucléolo Mitocôndria Cloroplasto Citoplasma Plasmodesmo Parede Celular Membrana Plasmática Retículo endoplasmático Microtúbulos Complexo de Golgi Lisossomos Ribossomos Vacúolo Núcleo Nucléolo Organelas Responsáveis Pela Síntese e Degradação de Macromoléculas Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 121 ORGANELAS RESPONSÁVEIS PELA SÍNTESE E DEGRADAÇÃO DE MACROMOLÉCULAS As células captam nutrientes do meio extracelular, degradando e utilizando os produtos da degradação na síntese de moléculas importantes para o metabo- lismo celular. O processamento dessas moléculas é realizado pelo sistema de endomembranas, que se distribui por todo o citoplasma e é formado por vários compartimentos localizados nas organelas. Os compartimentos celulares (cisternas, sacos, túbulos, vesículas) têm comunicação uns com os outros de maneira direta ou por meio de vesículas de transporte. As vesículas se originam em um compartimento e são transferidas para outro em um processo de perda e ganho de membranas entre as organe- las para que o conteúdo das vesículas seja transportado (DE ROBERTS; HIB, 2001). O sistema de endomembranas é composto pelo retículo endoplasmático (liso e rugoso), o Complexo de Golgi e os lisossomos. Os peroxissomos serão abordados aqui também, por se tratarem de organelas que degradam substân- cias no interior das células. Todo o processo de síntese e degradação de moléculas está relacionado, sendo que o retículo endoplasmático e o Complexo de Golgi são os responsáveis pela Proteínas são empacotadas em vesículas secretoras para exocitose. Vesícula se torna um lisossomo. Vesícula se insere na membrana plasmática. NÚCLEO E RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO NúcleoMembrana nuclear Corpo residual MicróbioFagossomo Proteínas secretadas Proteínas são modi�cadas dentro do complexo de Golgi. Descarte de partículas da digestão. Vesícula de transporte COMPLEXODE GOLGI CromatinaNucléolo Poro nuclear Ribossomos Retículo Endoplasmático Liso (Síntese de lipídeos e participação em outras funções). Retículo Endoplasmático Rugoso (Síntese de proteínas e participação em outras funções). Proteínas do Retículo Endoplasmático Rugoso migrando para o complexo de Golgi. ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E122 produção de substâncias, enquanto os lisossomos e peroxissomos degradam partículas e moléculas (Figura 4). Esses processos têm fundamental importân- cia para o equilíbrio das funções celulares e do organismo em geral. Figura 4 - Retículo Endoplasmático e seus componentes Na Figura 4, temos a formação de vesículas de transporte; o Complexo de Golgi e a recepção de vesículas; a produção e o envio de substâncias por novas vesí- culas (para secreção extracelular e para o lisossomo) e a atuação dos lisossomos na degradação de molécula. Fagolisossomo Organelas Responsáveis Pela Síntese e Degradação de Macromoléculas Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 123 RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO (RE) O RE consiste em uma rede de membranas que delimitam cavidades (chamadas de cisternas, lúmen ou luz) que se intercomunicam (Figura 5). O RE se estende a partir do envoltório nuclear e por grande parte do citoplasma, consistindo em uma organela indivisível, com uma membrana contínua e cavidade única (DE ROBERTS; HIB, 2001). A função principal do retículo endoplasmático consiste na síntese de novas membranas celulares. Desse modo, ele atende à demanda funcional: substitui membranas perdidas por envelhecimento e também as duplica antes da divisão celular. Em neurônios, o RE participa da produção de membranas que consti- tuirão o axônio (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2015). Todas as células eucariontes apresentam RE, que fornece suporte mecânico ao citosol, junto com os microtúbulos e os microfilamentos. É possível diferen- ciar o RE em dois tipos: ■ Retículo Endoplasmático Rugoso (RER) ou granular, com ribossomos acoplados à face citoplasmática das membranas; participa da síntese de proteínas. ■ Retículo Endoplasmático Liso (REL) ou agranular, que não possui os ribossomos aderidos e está associado ao metabolismo de lipídios. No RER, os ribossomos aderidos à membrana externa se associam ao RNAm, formando polirribossomos. A síntese das proteínas que se associarão ao RER se inicia ainda no citoplasma. Essas proteínas têm uma marcação especial, chamada sequência sinal, que interrompe a síntese citoplasmática. A síntese recomeça somente na superfície da membrana do RER (Figura 5). ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E124 As proteínas sintetizadas pelos polirribossomos são processadas e acumuladas nas cisternas, de onde são transportadas para seus locais de destino por meio de vesículas. Essas proteínas comporão tanto as membranas quanto o interior das cavidades do próprio RE, do Complexode Golgi e também dos lisossomos (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2015). O REL pode ter continuidade com o RER e é responsável pela síntese de lipídios, processos de desintoxicação, degradação do glicogênio e também pelo controle da concentração de Ca2- intracelular. O REL realiza a síntese da grande maioria dos lipídios que compõem as membranas celulares, incluindo os fosfo- lipídios e o colesterol (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2015). COMPLEXO DE GOLGI O Complexo de Golgi costuma se localizar próximo à região do retículo endo- plasmático, mas pode variar de acordo com o tipo e a função de célula. Costuma Figura 5 - Síntese de proteínas no retículo endoplasmático rugoso Fonte: Access Medicina ([2019], on-line)¹. 5’ 5’ 5’ 5’ 5’ 3’ 3’ 3’ 3’ RNAm 3’ Sequência única Translocon Interior do Retículo Endoplasmático Rugoso Receptor de SRP SRP Passo 1 Passo 2 Passo 3 Passo 4 Passo 5 Peptidase Sinal A tradução da proteína forma uma sequência sinal, que é ligada à partícula de reconheci- mento de sinal (SRP). O polirribossomo associado à SRP se liga ao receptor de SRP, na superfície da membrana do RER. a SRP é liberada, e a sequência sinal se liga a uma região especí�ca do complexo proteico (translocon). Essa ligação muda a conformação dos translocons, abrindo os canais aquosos por onde a proteína atravessa. Ao entrar na cisterna, a enzima peptidase sinal cliva a sequência sinal e libera o restante da cadeia polipeptídica para a cisterna. Organelas Responsáveis Pela Síntese e Degradação de Macromoléculas Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 125 ser mais desenvolvido em células secretoras (Figura 6) e é formado por vários compartimentos em sequência (sacos membranosos, achatados e empilhados), revestidos por membranas, formando as cisternas. Figura 6 - Microscopia eletrônica de transmissão mostrando o citoplasma de uma célula da glândula suprarrenal, secretora de adrenalina; vermelho: cisternas do Complexo de Golgi; verde: centríolos; azul: grânulos de secreção Figura 7 - Microscopia eletrônica de transmissão mostrando o citoplasma de uma célula da glândula suprarrenal, secretora de adrenalina, porém sem coloração Verde Vermelho Azul As proteínas sintetizadas e liberadas pelo retículo endoplasmático sofrem alterações pós-traducionais no Complexo de Golgi, que modificam profunda- mente suas características funcionais, influenciando, por exemplo, a sua forma tridimensional. Além da recepção e da modificação de moléculas, o Complexo de Golgi também apresenta uma via secretora, na qual ocorre o empacotamento das macromoléculas (lipídios, proteínas e polissacarídeos) em diferentes tipos de vesículas e o transporte para seus destinos finais. O transporte por vesículas dife- rentes no interior do citoplasma assegura o destino correto das macromoléculas. Se a vesícula não apresenta sinais específicos, as macromoléculas são trans- portadas para a membrana plasmática em um fluxo contínuo, nesta sequência: retículo endoplasmático → Complexo de Golgi → superfície celular. Este fluxo não é seletivo e incorpora proteínas e lipídios à membrana plasmática. É assim que ocorre, por exemplo, a secreção extracelular. Se a vesícula apresenta um sinal, no entanto, uma marcação específica, a via é regulada e as macromoléculas são secretadas em resposta a sinais extracelulares. ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E126 Isso ocorre com os hormônios nas células das glândulas endócrinas e também com os neurotransmissores nos neurônios. As substâncias que serão excretadas se acumulam até que um sinal externo dispare sua liberação na superfície celu- lar. Ocorre, então, a exocitose, mediada pelos microtúbulos. LISOSSOMOS São organelas com características morfológicas e dimensões muito variáveis (Figura 8). Geralmente, ocupam cerca de 5% do volume celular e estão presentes em todas as células animais, com exceção das hemácias. Nos vegetais, o vacúolo desempenha as funções atribuídas aos lisossomos. Figura 8 - Eletromicrografia de transmissão com falsa coloração, mostrando muitos lisossomos (vermelho) e o citoplasma (verde); à esquerda, uma célula que secreta noradrenalina (azul) Figura 9 - Eletromicrografia de transmissão com falsa coloração, mostrando muitos lisossomos, porém sem a coloração falsa Cada lisossomo é envolvido por uma unidade de membrana e contém enzi- mas em seu interior (Figura 10). Essas enzimas são utilizadas pelas células para digerir moléculas introduzidas por pinocitose, fagocitose ou mesmo organelas celulares, para manutenção de um bom estado funcional. Os lisossomos podem digerir substâncias por meio de duas vias: ■ Via endocítica (Figura 10): moléculas são englobadas por pinocitose sele- tiva e precisam da separação prévia de seus receptores, realizada pelos endossomos. Organelas Responsáveis Pela Síntese e Degradação de Macromoléculas Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 127 ■ Via fagocítica/autofágica (Figura 11): quando a partícula é incorporada sem receptores, o lisossomo se funde à vesícula, formando um fagossomo (via fagocítica), os lisossomos também podem digerir componentes cito- plasmáticos (via autofágica). Membrana plasmática Receptor Invaginação Endossomo Lisossomo Endossomo Degradação Fusão com endossomoReciclagem do receptor Ligante A digestão das partículas incorpora- das por pinocitose seletiva só acontece quando o endossomo se funde à vesícula e promove a separação das moléculas e dos seus receptores. Depois de separadas, as moléculas são digeridas pelos lisossomos, que também se fundem ao endossomo. Figura 10 - Via endocítica de atuação dos lisossomos Fonte: Alamy Stock Photo ([2019], on-line)². Os endossomos são formados pela fusão de vesículas da membrana plas- mática, do Complexo de Golgi e dos lisossomos na endocitose. Fagossomos e pinossomos são tipos de endossomos. Fonte: a autora. ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E128 PEROXISSOMO Peroxissomo é uma organela pequena, delimitada por membrana, que utiliza oxigênio molecular para oxidar moléculas orgânicas. Com vida média de cinco a seis dias, os peroxissomos se reproduzem por fissão binária (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2015). O nome dessas organelas se refere à sua capacidade de produzir e decom- por peróxido de hidrogênio (H₂O₂). Em alguns casos, os peroxissomos podem apresentar, em seu interior, uma região chamada core cristaloide, decorrente da alta concentração de enzimas (Figura 12). Ciclo da ação dos lisossomos Partícula alimentar Fagocitose Fagossomo Vacúolo residual Vacúolo autofágico Lisossomo primário Vacúolo digestivo (lisossomo secundário) Sistema golgiense Exocitose de resíduos (clasmocitose) Meio externo B A Figura 11 - Mecanismo de ação direta dos lisossomos (A) via fagocítica; (B) via autofágica Fonte: Só Biologia ([2019], on-line)3. Organelas Responsáveis Pela Síntese e Degradação de Macromoléculas Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 129 Dentre as funções desempenhadas pelos peroxissomos estão a participação no metabolismo do ácido úrico e a desintoxicação (o álcool etílico ou o etanol é degradado por oxidação nos peroxissomos). Em células vegetais, os peroxisso- mos estão relacionados com o metabolismo de triglicerídeos e são chamados de glioxissomos. Esse processo é importante para a germinação de sementes, que demanda degradação de lipídios (DE ROBERTS; HIB, 2001). Além disso, os peroxissomos também participam do metabolismo energé-tico, pois, assim como as mitocôndrias, eles também são os principais locais de utilização do oxigênio molecular (DE ROBERTS; HIB, 2001). Figura 12 - Estrutura do peroxissomo, indicando a membrana que o envolve e o core cristaloide Fonte: adaptada de Wikimedia Commons (2006, on-line)4. Figura 13 - Eletromicrografia com um peroxissomo identificado Fonte: Infoescola (2010, on-line)5. Síndrome de Zellweger Também conhecida como síndrome cérebro-hepatorrenal, a Síndrome de Zellweger é uma condição hereditária que é caracterizada pela redução ou ausência de peroxissomos nas células do fígado e do cérebro. Indivíduos com esta síndrome apresentam anomalias severas no cérebro, fígado e rim, consequentemente, morrem logo após o nascimento. Fonte: Junqueira e Carneiro (2012). ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E130 RIBOSSOMOS E SÍNTESE DE PROTEÍNAS Os ribossomos são grânulos sem membrana, compostos de RNA ribossômico (RNAr) associado a proteínas específicas, que catalisam a síntese proteica a partir de informações do RNA mensageiro (RNAm) (ALBERTS et al., 2017). Eles são organelas presentes em todas as células, encontrados no citoplasma ou aderidos à membrana do RER (apenas nos eucariotos) e visíveis apenas ao microscópio eletrônico. Cada ribossomo é formado por duas subunidades distintas, a maior e a menor, ambas constituídas de RNAr e proteínas. A subunidade maior fica acima da menor, com uma molécula de RNAm entre elas. A subunidade menor do ribossomo tem forma bastante irregular, e na face que se comunica com a subu- nidade maior, há um canal por onde passa o RNAm. Neste canal existem três áreas escavadas, uma ao lado da outra, chamadas de Sítio A (aminoacil), Sítio P (peptidil) e Sítio E (de exit, saída em inglês). Ribossomos e Síntese de Proteínas Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 131 COMPONENTES ESTRUTURAIS DA TRADUÇÃO PROTEICA Tradução é o nome que se dá ao processo de formação de uma proteína a partir de um fragmento de RNA mensageiro (RNAm). Para que a síntese de uma pro- teína aconteça, é preciso unir aminoácidos por ligações peptídicas, atividade realizada pelos ribossomos. A ordem em que esses aminoácidos são colocados na cadeia, bem como o tamanho da proteína, são determinados pelas informa- ções do RNAm, que são “lidas” pelos ribossomos. O RNAm tem origem em um gene, ou seja, um fragmento de DNA que o codifica. O DNA é transcrito (no núcleo) para RNA, inclusive RNAm. A trans- crição será tratada mais adiante, quando estudarmos o núcleo celular. Depois de transcrito, o RNAm recebe um CAP (uma espécie de capa ou mar- cação), que identifica a extremidade 5’ do RNAm e ajuda a célula a distinguir o RNAm dos demais. Em seguida, o RNAm sai do núcleo e vai para o citoplasma, local se encontra com o ribossomo, formando um polirribossomo. Outro com- ponente importante da síntese de proteínas é o RNAt. As proteínas são formadas pela união de aminoácidos, e cada RNAt está ligado a um aminoácido diferente, que são “carregados” para o polirribossomo. Como exposto na primeira unidade, existem 20 tipos de aminoácidos que compõem as proteínas nos seres vivos. Fonte: a autora. A informação da sequência de aminoácidos e do tamanho da proteína que o RNAm coordena está justamente na ordem das bases nitrogenadas em sua estrutura. Então, uma sequência AUGCCC codifica uma proteína diferente da sequência CACUCG, mesmo que o tipo e a quantidade de bases nitrogenadas sejam os mesmos em ambas, sequências. A leitura pelo ribossomo é realizada de três em três bases nitrogenadas, chamadas de trincas ou códons. Cada códon ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E132 corresponde a um anticódon do RNAt, que transporta um determinado ami- noácido (Figura 14). 2ª BASE U U C A G C A G 1ª B A SE 3ª B A SE UUU UUC UUA UUG UCU UCC UCA UCG U C A G U C A G U C A G U C A G CUU CUC CUA CUG CCU CCC CCA CCG AUU AUC AUA AUG GUU GUC GUA GUG ACU ACC ACA ACG GCU GCC GCA GCG UAU UAC UAA UAG CAU CAC CAA CAG AAU AAC AAA AAG GAU GAC GAA GAG UGU UGC UGA UGG CGU CGC CGA CGG AGU AGC AGA AGG GGU GGC GGA GGG Fenilalanina (Fen) Tirosina (Tir) Cisteína (Cis) Histidina (His) Glutamina (Glu) Asparagina (Asn) Lisina (Lis) Serina (Ser) Arginina (Arg) Ácido aspárti- co (Asp) Ácido glutâ- co (Glu) Leucina (Leu) Isoleucina (Ile) Metionina (Met) Codão de iniciação Codão de �naliza- ção Codão de �naliza- ção Codão de �naliza- ção Triptofano (Trp) Leucina (Leu) Serina (Ser) Prolina (Pro) Arginina (Arg) Treonina (Tre) Alanina (Ala) Glicina (Gli)Valina (Val) Figura 15 - Possíveis combinações de códons do RNAm e seus respectivos aminoácidos correspondentes Fonte: Esse e Outras (2014, on-line)6. Figura 14 - Combinações de códons possíveis no RNAm e seus respectivos aminoácidos, em diagrama e tabela Ribossomos e Síntese de Proteínas Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 133 (14) A imagem deve ser lida do centro para as extremidades, no centro estão as quatro possibilidades de bases nitrogenadas iniciais, na ponta 5’ do RNAm. Em seguida, de dentro para fora, estão as possibilidades de se- gunda e terceira bases na trinca. Exemplo de leitura: se a primeira base é A (ao centro), a segunda G e a terceira U, formando a trinca AGU, que corresponde ao aminoácido serina. (15) Tabela com as possíveis combinações de códons do RNAm e seus respec- tivos aminoácidos correspondentes Síntese de proteína Iniciação O ribossomo, o RNAm e o RNAt iniciador (que carrega o primeiro aminoácido da proteína, corresponde, na maioria das vezes, à Metionina) formam o com- plexo de iniciação. A iniciação é regulada por proteínas citosólicas chamadas fatores de iniciação (IF), que atuam na extremidade 5’ do RNAm e na subuni- dade menor do ribossomo. A extremidade 5’ dos RNAm contém uma sequência de dez nucleotídeos antes do códon de iniciação, que não são traduzidos. SÍNTESE DE PROTEÍNAS Também conhecida por tradução, a síntese de proteínas pode ser dividida em três etapas: iniciação, alongamento e terminação. https://apigame.unicesumar.edu.br/getlinkidapp/3/235 ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E134 Em eucariotos (Figura 16), o RNAt que carrega a Metionina (aminoácido inicial) se liga à subunidade menor do ribossomo, e ao mesmo tempo, se liga também à extremidade 5’ do RNAm pelo reconhecimento do marcador CAP-5’. Na sequência, o complexo de iniciação “caminha” ao longo do RNAm na dire- ção 5’ → 3’ e param ao encontrar o códon de iniciação (AUG). RNAt inicial Subunidade maior do ribossomo Complexo de iniciação Subunidade menor do ribossomo O complexo formado pela subunidade menor do ribossomo e RNAt se ligam ao marcador CAP-5'. O complexo percorre o RNAt até encontrar o códon de iniciação (AUG). O RNAt inicial se liga ao códon de iniciação. A subunidade maior do ribossomo se une, formando o complexo de iniciação. Códon de iniciação 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ cap AUG AUG UAC UAC Met Met AUG UAC Met UAC Met AUG E P A O complexo de iniciação reconhece o RNAm através do CAP-metil 5’. Depois de identi�cado, o complexo percorre o RNAm até encontrar o códon de iniciação (AUG), onde o códon iniciador (que carrega a Metionina) se liga. A subunidade maior do ribossomo se une ao complexo de iniciação, dando início à tradução. Figura 16 - Iniciação da tradução em eucariotos Fonte: Khan Academy ([2019], on-line)7. Ribossomos e Síntese de Proteínas Re pr od uç ão p ro ib id a. Art . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 135 Nos procariotos (Figura 17), a iniciação é diferente. Isto porque a subunidade menor do ribossomo não começa pela extremidade 5’ e caminha para 3’. Ao invés disso, ela se associa diretamente a sequências específicas no RNAm, chamadas de sequências Shine-Dalgarno. Essas sequências antecedem e apontam para os ribossomos e os códons em que a tradução deve ser iniciada. Esta diferença existe porque os genes bacterianos são traduzidos em grupos (chamados de operons), o que significa que um RNAm bacteriano pode con- ter as sequências codificadoras para vários genes. A sequência Shine-Dalgarno marca o início de cada sequência no RNAm, o que permite que o ribossomo encontre o códon de iniciação de cada gene. UAC fMet Complexo de iniciação Subunidade menor do ribossomo. Subunidade maior do ribossomo. Sequência Shine-Dalgarno Códon de iniciação RNAt inicial 5’ 3’ 5’ 3’AUGGGAGG AUGGGAGG UAC E P A Iniciação da tradução em bactérias fMet Alongamento Como o próprio nome indica, nesta fase acontece a adição de aminoácidos nas cadeias polipeptídicas, deixando-as maiores (ou seja, mais longas). Na etapa de iniciação, o primeiro RNAt (transportador da Metionina) se encaixou no sítio P, o compartimento central. Ao lado, no sítio A, um novo códon (sequência de três pares de bases nitrogenadas) é exposto, de modo que o próximo RNAt se encaixa ali. O próximo RNAt é aquele que tem um anticódon correspondente (complementar) ao do códon no sítio A. Por exemplo, se o códon de RNAm Figura 17 - Iniciação da tradução em procariotos, com o intermédio da sequência Shine-Dalgarno que indica o início correto da tradução. Fonte: Khan Academy ([2019, on-line)7. ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E136 exposto no sítio A é a trinca ACU, então o anticódon correspondente no RNAt será UGA, que carrega o aminoácido Serina (reveja a Figura 15). Ribossomos CélulaRNAt Aminoácido Proteína recém-formada Subunidade maior Subunidade menor RNAm Figura 18 - Etapa de alongamento da cadeia polipeptídica na tradução proteica Na Figura 18, ocorre a ligação peptídica, entre os sítios P e A, que une os ami- noácidos. Depois que liberam os aminoácidos, o RNAt é arrastado para o sítio E que, agora “vazio”, é liberado do complexo de alongamento. Depois que o RNAt se encaixa no sítio A, acontece a ligação peptídica, que conecta os dois aminoácidos (no nosso exemplo, a Metionina e a Serina), trans- ferindo a metionina do primeiro RNAt para o aminoácido do segundo RNAt, no sítio A. Depois que a ligação peptídica acontece, o RNAm é puxado para frente no ribossomo, no sentido 5’ → 3’, “andando” um códon. O deslocamento faz com que o RNAt inicial, agora sem o aminoácido, saia por meio do sítio E. Além disso, um novo códon fica exposto no sítio A e todo o ciclo recomeça. Ribossomos e Síntese de Proteínas Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 137 Terminação A terminação acontece quando um códon de término (UAA, UAG ou UGA; retorne à Figura 15) fica exposto no sítio A. Os códons de término são reco- nhecidos por proteínas chamadas fatores de liberação, que se adaptam ao sítio P (mesmo não sendo RNAt). Os fatores de liberação fazem com que a enzima que forma ligações peptí- dicas adicione uma molécula de água no último aminoácido. Esta reação separa a cadeia polipeptídica do RNAt, então a proteína recém-traduzida é liberada. O ribossomo e a enzima que fazem a síntese de proteínas podem ser uti- lizados novamente por muitas e muitas vezes, de modo que, após a fase de terminação, cada elemento fica disponível para começar um novo ciclo de sín- tese proteica. Após a tradução, o polipeptídeo (pré-proteína) pode sofrer modificações pós-traducionais para se tornar uma proteína ativa. Os polipeptídeos são edita- dos pela alteração ou remoção química de aminoácidos. A tradução determina apenas a estrutura primária de uma proteína, as estruturas secundária, terciá- ria e quaternária são realizadas pelas proteínas chaperonas. Algumas proteínas podem, ainda, receber sinais (marcadores) que indicam seu destino. ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E138 CLOROPLASTOS E FOTOSSÍNTESE A fotossíntese é, muito provavelmente, a reação química mais importante para a vida no planeta Terra. Isto porque, por meio dela, vegetais, algas e algumas bacté- rias produzem seu próprio alimento (e, por isso, são chamadas de autotróficas), que também é fonte de energia para outros seres vivos (os heterotróficos). Além disso, o gás oxigênio liberado como produto da fotossíntese é também funda- mental para a respiração celular de todos os organismos aeróbios. Os vegetais são os organismos autotróficos mais comuns nos ecossistemas terrestres, por isso, serão utilizados aqui como modelo de estudo. Apesar de se tratar sempre de plantas, lembre-se que a fotossíntese também ocorre em outros organismos (algas e cianobactérias). A fotossíntese, portanto, o fato de serem autotróficas, permitiu que as plan- tas se desenvolvessem com organismos fixos no ambiente. Ao produzir seu próprio alimento, a necessidade de buscá-lo acaba. Cloroplastos e Fotossíntese Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 139 Na maioria dos vegetais, a fotossíntese ocorre principalmente nas folhas, local de maior concentração dos cloroplastos, mesmo que todos os tecidos tenham potencial para isso. A fotossíntese consiste em um conjunto de reações quími- cas que utiliza a energia solar para transformar dióxido de carbono (CO₂) e água (H₂O) em carboidratos (açúcares). CLOROPLASTOS Os cloroplastos são organelas especializadas na fotossíntese. Revestidos por uma dupla membrana, internamente, os cloroplastos possuem um sistema de membranas que contém clorofila, um pigmento que capta a energia da luz solar utilizada nas reações químicas. Cada cloroplasto contém várias moléculas circu- lares de DNA (próprias, o que é diferente do DNA nuclear). Pigmento é uma molécula capaz de absorver energia luminosa e, com ela, eleva seu nível energético, tornando-se excitada. As ligações químicas da fotossíntese captam a energia liberada na excitação. Fonte: a autora. Em sua estrutura, cada cloroplasto apresenta três conjuntos de membrana: externa, a interna e as membranas do tilacoide (Figura 19). Isso separa o cloro- plasto em três compartimentos solúveis, o espaço intermembranoso, o estroma e a luz do tilacoide. ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E140 O revestimento externo do cloroplasto é formado por duas membranas, a interna e a externa. Entre elas, forma-se um espaço intermembranoso. A membrana externa possui porinas e é permeável, enquanto a membrana interna é imper- meável a íons e a metabólitos, que precisam de transportadores específicos (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2015). O estroma constitui a matriz amorfa do interior dos cloroplastos, rica em enzimas solúveis, como as responsáveis pelas reações da fase bioquímica da fotossíntese. O sistema de membranas do tilacoide forma lamelas que se localizam no estroma e não se conectam com a membrana interna do cloroplasto, formando, assim, o espaço intratilacóide. Os tilacoides dão origem às lamelas em forma de disco (como moedas) que se organizam formando pilhas, quando são chamados de granum (pl. grana). Nas membranas dos tilacoides, localizam-se as moléculas de clorofila, unidas a proteínas (formando os fotossistemas). A clorofila é o pig-mento fotossintetizante encontrado nos cloroplastos das células vegetais. Quanto à sua estrutura molecular, existem diferentes tipos de clorofila, que apresentam propriedades de absorção luminosa distintas. Interior do tilacoide Lamela Granum Lamela do estroma Membrana externa Membrana interna Estroma Tilacoide Figura 19 - Estrutura de um cloroplasto, evidenciando os componentes e compartimentos internos Cloroplastos e Fotossíntese Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 141 FOTOSSÍNTESE Como citado, a fotossíntese é um conjunto de reações químicas que ocorre nos organismos autotróficos, os quais utilizam energia solar para transformar dióxido de carbono (CO₂) e água (H₂O) em carboidratos (açúcares), espe- cialmente a glicose. Esta transformação, porém, não é tão simples assim. O fato mais importante a respeito da fotossíntese é a transferência de energia luminosa (do Sol) em energia química (armazenada nas ligações químicas das moléculas de carboidratos), tornando essa energia disponível para todos os seres vivos. É possível resumir os principais eventos da fotossíntese com uma reação química básica: 6CO₂ + 6H₂O + energia solar → C₆H₁₂O₆ + 6O₂. De acordo com essa reação, os átomos de carbono (C), o hidrogênio (H) e o oxigênio (O) provenientes do dióxido de carbono (CO₂) e da água (H₂O) são rearranjados para formar açúcares (glicose) e gás oxigênio (O₂). Desta forma, os componentes ambientais passam a fazer parte da estrutura dos vegetais e, ao mesmo tempo, um componente (o gás oxigênio) é devolvido à atmosfera. A energia necessária para formar uma molécula de glicose vem da luz solar e, por meio da fotossíntese, a energia luminosa é transformada em energia quí- mica, armazenada nas ligações químicas da molécula de glicose. Essa energia química será utilizada posteriormente pela própria planta (ou então, por outro organismo que se alimente dela). Diferente do indicado pela reação simplificada, a fotossíntese não ocorre em uma etapa só. Basicamente, ela ocorre em duas etapas separadas e consecu- tivas, que estão interligadas. A primeira é chamada de etapa fotodependente ou fotoquímica e ocorre na membrana dos tilacoides; a segunda é denominada etapa bioquímica ou fotoindependente e suas reações ocorrem no estroma. Como o próprio nome sugere, a presença de luz é fundamental para as rea- ções químicas que ocorrem na primeira etapa, mas é dispensável na segunda. ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E142 Etapa fotoquímica Nas membranas dos tilacoides existem fotossistemas, especializados na coleta e absorção de luz, que têm papel chave nas reações fotoquímicas. A primeira rea- ção da etapa fotoquímica é a fotofosforilação não-cíclica, em que os elétrons são removidos das moléculas de água e levados aos fotossistemas (FSII e FSI), para depois compor o NADPH (coenzima do complexo energético). Essa rea- ção faz com que a energia luminosa seja absorvida em dois momentos, um em cada fotossistema, produzindo ATP (Figura 20). Figura 20 - Reações da etapa fotoquímica Legenda: A energia luminosa é absorvida pelo fotossistema I (PSI), onde excita um elétron da clorofila e promove a quebra da molécula de água, liberando um novo elétron (da água) e oxigênio (O₂). O elétron deixa o FSII e atravessa a cadeia transportadora de elétrons, formada pela plastoquinona (PQ), o com- plexo citocromo b6f e a plastocianina (PC). O transporte do elétron pela ca- deia faz com que o elétron perca energia, o que gera um gradiente de prótons. Esse gradiente é usado pela ATP-sintase para produzir um ATP, adicionando um fosfato ao ADP. No FSI, o elétron eleva novamente seu nível energético pela absorção de energia luminosa e, então, é enviado para a enzima FNR (fer- redoxina NADP-redutase), que transfere os elétrons na produção de NADPH. Membrana do tilacoide Luz Luz H2O PQ PQH O2 H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ Plastoquinona Plastocianina Ferrodoxina NADP NADPH ATP- sintase P680 Citocromo Ferrodoxina NADPH-redutase Lumen do tilacoide ATP Pi CO2 Carboidratos ADP FSI Fd FNR FSII b6f PC Ciclo de Calvin Cloroplastos e Fotossíntese Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 143 No FSII, a energia da luz solar é absorvida, o que eleva o nível energético de um elétron da clorofila. O elétron de alta energia passa para uma molécula aceptora (feofitina) e é substituído por um elétron da molécula de água. Esta quebra da água libera átomos de oxigênio que se unem para formar o gás oxi- gênio (O₂), o ar que respiramos. Quando o elétron deixa o FSII, ele viaja pela cadeia transportadora de elétrons. Conforme o elétron atravessa a cadeia de transporte, ele perde ener- gia. Parte dessa energia causa o bombeamento de íons H+ do estroma para o interior do tilacóide, produzindo um gradiente de prótons usado na pro- dução de ATP, pela atividade da enzima ATP-sintase. Essa enzima utiliza o fluxo de prótons para adicionar um fosfato ao ADP, formando ATP. Este pro- cesso é chamado quimiosmose, pois gera um ATP usando a energia de um gradiente químico. No FSI, o elétron releva seu estado energético, quando a energia luminosa é absorvida. Assim, o elétron energizado é transferido para uma molécula acep- tora, a ferredoxina (Fd), liberando espaço para a entrada de um novo elétron que, assim como o primeiro, também é usado para produzir o NADPH. A ferredoxina está associada à enzima NADP+ redutase (abrev. FNR, de ferredoxina-NADP- -redutase), que transfere elétrons para a produção de NADPH. Na fase fotoquímica, então, a energia luminosa é convertida em energia quí- mica na forma de ATP e NADPH. Essas moléculas energéticas são usadas na produção de açúcares da etapa bioquímica (ou Ciclo de Calvin). Etapa bioquímica ou Ciclo de Calvin Essa etapa ocorre no estroma e não necessita diretamente de energia luminosa, mas usa ATP e NADPH para fixar o dióxido de carbono (CO₂) e produzir açú- cares de três carbonos, G3P (gliceraldeído-3-fosfato), que se unem para formar a molécula de glicose. Nos vegetais, o dióxido de carbono tem acesso ao interior de uma folha por meio dos estômatos (Figura 21), células especiais que abrem e fecham. Dos estômatos, difundem-se para o estroma dos cloroplastos, local em que ocorre as reações da etapa bioquímica. ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E144 Na etapa bioquímica (ou Ciclo de Calvin), ocorre a fixação de átomos de carbono provenientes do dióxido de carbono (CO₂). As reações dessa etapa podem ser divididas em três fases: fixação do carbono, redução e regeneração (Figura 23). Figura 21 - Estômatos, complexos celulares que permitem a entrada e saída de oxigênio e gás carbônico, indicando a localização dos estômatos Figura 22 - Fotomicrografia óptica de estômatos foliares Figura 23 - Reações da etapa bioquímica Cloroplasto Ciclo de Calvin Açúcar (glicose) 1. Fixação do carbono 3. Regeneração da RuBP 2. Redução Açúcar 6 G3P 5 G3P 3 RuBp 3 RuBp 6 NADPH 6 ADP 6 ATP 3 ATP 6 Pi 3 ADP6 Pi 6 NADP 3 CO2 6 3-PGA 6 H Cada reação está representada três vezes. O ciclo de Calvin é dividido em: �xação do carbono, em que os carbonos do CO2 se unem à RuBP, formando duas moléculas 3-PGA; redução, ATP e NADPH são usados para converter 3-PGA em G3P, que são liberados para formar a glicose; regeneração, RuBP é reorganizada com a utilização de ATP. Cloroplastos e Fotossíntese Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 145 ■ Fixação do carbono: as moléculas de dióxido de carbono (CO₂)se unem à RuBP (1,5-ribulose-bifosfato), uma molécula receptora formada por cinco carbonos. Ao receber mais um, ela se torna um composto com seis carbonos, que se divide em duas moléculas com três carbonos cada, o 3-ácido-fosfoglicérico (3-PGA), reação catalisada pela enzima rubisco (RuBP carboxilase/oxigenase). ■ Redução: ATP e NADPH são usados para converter as moléculas de 3-PGA em moléculas de açúcar com três carbonos, o G3P (gliceraldeído- -3-fosfato), que é liberado do ciclo. Este processo é chamado de redução, porque o NADPH doa elétrons, ou seja, reduz para um intermediário de três carbonos para formar o G3P. ■ Regeneração: duas moléculas de G3P precisam se unir para compor a glicose, enquanto as demais, que permaneceram no ciclo, devem ser recicladas para regenerar o receptor da RuBP, processo que requer ener- gia do ATP. Para que um G3P saia do Ciclo de Calvin (para compor a molécula de glicose), três moléculas de CO₂ devem entrar no ciclo, fornecendo três novos átomos de carbono fixado. Quando três CO₂ entram no ciclo, são produzidas seis moléculas de G3P. Uma delas sai do ciclo, mas as outras cinco são recicladas para regene- rar as três moléculas do receptor RuBP. Ajustando os reagentes e os produtos, para produzir uma molécula de glicose (C₆H₁₂O₆), são necessárias seis voltas no ciclo, o que significam 6CO₂, 18 ATP (12 na fixação, 6 em cada ciclo; mais 6 na regeneração, 3 em cada ciclo) e 12 NADPH (6 para cada ciclo). Apesar de ocorrerem separadas temporalmente e fisicamente, a etapa foto- química e a etapa bioquímica estão intimamente interligadas (Figura 24). Na etapa fotoquímica, a energia luminosa é usada para produzir ATP e NADPH, que serão utilizados na fixação do carbono, na fase bioquímica. Assim, água e gás carbônico “entram” no cloroplasto, os ATPs e NADPHs (e as formas alter- nativas, ADP e NADP+) circulam entre as duas fases da fotossíntese. Depois do Ciclo de Calvin, um açúcar (glicose, C₆H₁₂O₆) é produzido, além de uma molé- cula de gás oxigênio (O₂) que é liberada para a atmosfera, ainda como produto da primeira etapa. ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E146 Figura 24 - Reações da fotossíntese A fotossíntese tem grande importância ecológica, pois introduz carbono fixado (glicose) e energia aos ecossistemas, além de afetar a composição da atmosfera, pois remove CO₂ e libera O₂. Fonte: a autora. Ciclo de Calvin Luz Granum Açúcar Cloroplasto Processo de fotossíntese Mitocôndrias e Respiração Celular Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 147 MITOCÔNDRIAS E RESPIRAÇÃO CELULAR Quando você se alimenta, a energia que está nos alimentos é transferida para as suas células. Esta transferência, em suas células, necessita de gás oxigênio e, em termos de nível celular e molecular, é chamada de respiração celular. A res- piração celular é o processo de obtenção de energia mais utilizado pelos seres vivos. Existem organismos procariontes que fazem respiração celular aeróbica (que utiliza oxigênio) e também anaeróbica (sem oxigênio). O foco aqui, porém, será a respiração celular aeróbia, que ocorre em células eucariontes. Nos euca- riotos, ela se inicia no citoplasma e termina nas mitocôndrias (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2015). MITOCÔNDRIAS As mitocôndrias (mitos, filamento; condria, partícula) são organelas membranosas esféricas ou alongadas, presentes em todas as células eucariontes e responsáveis por extrair energia dos nutrientes. Existem duas unidades de membrana reves- tindo cada mitocôndria, a externa e a interna (Figura 25). ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E148 A membrana externa é lisa e muito permeável devido à presença de aquapori- nas. Sua principal função é separar mecanica e quimica o interior da mitocôndria do citoplasma celular. A membrana interna é pregueada, originando dobras em forma de túbulos, as cristas mitocondriais. As duas membranas estão locali- zadas de modo que formam compartimentos dentro da mitocôndria: o espaço intermembranoso, formado entre as duas membranas e a matriz mitocondrial, delimitado pela membrana interna. Como são as organelas as responsáveis pela respiração celular e, consequen- temente, pela obtenção de energia, as mitocôndrias são mais numerosas em células com elevado metabolismo energético, como as células musculares estria- das esqueléticas (que você viu na Unidade 2). A distribuição das mitocôndrias no citoplasma é bastante variável, mudando constantemente pela atividade das proteínas do citoesqueleto (Figura 26). Figura 25 - Esquema de uma mitocôndria, identificando as principais estruturas Figura 26 - Eletromicrografia de transmissão mostrando as mitocôndrias em uma célula muscular cardíaca Matriz Membrana externa Porinas Membrana interna 1. DNA 2. Grânulos 3. Ribossomos 4. ATP-sintase Mitocôndrias e Respiração Celular Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 149 RESPIRAÇÃO CELULAR Durante a respiração celular aeróbica, as moléculas provenientes dos alimen- tos são rearranjadas de modo que a energia armazenada fique disponível para a célula, processo que consome gás oxigênio (O₂), libera gás carbônico (CO₂) e demanda energia, obtida pela degradação das moléculas de ATP. A respiração celular se inicia no citoplasma, mas são as mitocôndrias que pos- suem a maquinaria para a fosforilação oxidativa aeróbica, que é muito eficiente na transferência da energia dos nutrientes para o ATP. As moléculas energéticas mais usadas pelas células são a glicose e os ácidos graxos. A respiração celular pode ser dividida em três etapas principais: a glicólise, o ciclo do ácido cítrico (ou ciclo de Krebs) e a fosforilação oxidativa. Glicólise A primeira etapa da respiração ocorre no citosol, ou seja, fora da mitocôndria e é chamada de glicólise. Como o próprio nome sugere (glico, glicose; lise, que- bra), nesta etapa, ocorre a quebra de uma molécula de glicose (C₆H₁₂O₆) em duas moléculas de piruvato (ou ácido pirúvico; C₃H₄O₃), em um processo que envolve dez reações químicas diferentes. A glicólise é a etapa anaeróbia da respiração celular, porque ocorre na presença ou na ausência de oxigênio. É realizada em duas fases: investimento e compensação, e resulta na formação de duas moléculas de ATP. ■ Investimento: nesta fase, são “gastos” dois ATPs, formando ADP+Pi. Os dois Pi (fosfato inorgânico) são adicionados à molécula de glicose, ati- vando-a. A glicose fica instável e se quebra em ácido pirúvico. ■ Compensação: a quebra da glicose em ácido pirúvico libera 4 ATPs, porém, como dois foram usados na fase de investimento, o saldo final da glicólise é de 2 ATPs. ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E150 Durante a glicólise também são liberados quatro elétrons e quatro íons H+. Desse, dois H+ e quatro elétrons são capturados por duas moléculas de NAD+ (dinu- cleotídeo nicotinamida-adenina), produzindo NADH. O ácido pirúvico será utilizado na próxima etapa, no ciclo do ácido cítrico. Assim, a equação da glicólise pode ser representada da seguinte maneira (lembrando: C₆H₁₂O₆ é a glicose e C₃H₄O₃ é o ácido pirúvico): C₆H₁₂O₆ + 2ADP + 2Pi + 2NAD+ → 2C₃H₄O₃ + 2ATP + 2NADH + 2H + Piruvato é sinônimo de ácido pirúvico, que é composto de menor energia que se pode obter da glicose sem a utilização de oxigênio. Em leveduras expostas a condições anaeróbicas, a glicólise continua transfor- mando o piruvato em etanol (é assim que é produzida a cerveja!) por uma série de reações químicas, processo conhecido como fermentaçãoalcoólica. Quando células musculares ou bactérias lácticas são expostas à anaerobiose, a quebra também continua, mas o produto final é o ácido láctico, processo chamado de fermentação láctica (Figura 27). Mitocôndrias e Respiração Celular Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 151 Na presença de oxigênio, inicia-se o ciclo do ácido cítrico. Na ausência, ocorre a fermentação láctica (em células musculares ou bactérias lácticas) ou alcoólica (em leveduras). Ciclo do Ácido Cítrico Também conhecido como Ciclo de Krebs (Figura 28), esta etapa da respiração celular se inicia logo após a glicólise, com o transporte do ácido pirúvico para a matriz mitocondrial. É uma etapa aeróbia, ou seja, só ocorre na presença de oxigênio. Na matriz, o ácido pirúvico reage com a coenzima A (CoA) e forma Acetilcoenzima-A (Acetil-CoA) e gás carbônico (CO₂). Nesse processo, uma molécula de NAD+ é transformada em NADH pela captura de dois elétrons e um dos dois íons H+ que foram liberados na reação. Figura 27 - Vias aeróbia (laranja) e anaeróbica (verde e lilás) do piruvato formado a partir da glicólise Fonte: Wikimedia ([2019], on-line)8. Glicose Piruvato Glicólise Aerobiose Anaerobiose Anaerobiose Lactato Etanol Animais e plantas Fermentação alcoólica: leveduras Fermentação láctica: músculos e bactérias lácticas Acetil-CoA Acetaldeído Ciclo de Krebs O2 H2O + CO2 Fosforilação oxidativa NADH NAD+ NADH NAD+ ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E152 Em seguida, o ciclo do ácido cítrico se inicia a partir da condensação da ace- til-CoA, proveniente do piruvato, ou então, da β-oxidação dos ácidos graxos, com o ácido oxalacético, produzindo o ácido cítrico. Assim, inicia-se um ciclo de reações enzimáticas (desidrogenases), em que ocorre a liberação gradual de elétrons e prótons, que também libera gás carbônico (CO₂). Após todas as rea- ções, o ácido cítrico dá origem ao ácido oxalacético, que reinicia o ciclo. Os elétrons e os íons H+ são captados por moléculas de NAD+ (nicotinamida adenina-dinucleotídeo) e FAD (flavina adenina dinucleotídeo), formando três NADH e um FADH₂, respectivamente. Durante o ciclo, a energia liberada tam- bém leva à formação do GTP (guanosina trifosfato), molécula semelhante ao ATP. Célula Respiração celular Ciclo de Krebs Ciclo de Krebs A Acetil-CoA (com dois carbonos; 2C) se une ao ácido oxalacético (com quatro carbonos; 4C) para formar o citrato (com seis carbonos; 6C). Após sucessivas reações com as enzimas desidrogenases, são liberados íons H+, elétrons (captados por NAD+ ou FADH) e gás carbônico. Ao �nal do ciclo, o ácido oxalacético (4C) se recompõe para dar início a um novo ciclo. Figura 28 - Ciclo de Krebs (ciclo do ácido cítrico) Mitocôndrias e Respiração Celular Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 153 Fosforilação oxidativa A terceira e última etapa da respiração celular ocorre na membrana interna da mitocôndria, em que elétrons são transportados da matriz para o espaço inter- membrana e há a produção de ATP por quimiosmose. A participação do oxigênio é fundamental para essa etapa e, sem ele, o processo seria interrompido, pois os elétrons não seriam transportados. Nas células procariontes (bactérias) não há mitocôndrias e a cadeia que transporta elétrons se encontra na face interna da membrana plasmática dessas células. Fonte: a autora. Na fosforilação oxidativa, ocorre a reoxidação das moléculas de NADH e FADH₂. Devido à grande afinidade com o gás oxigênio, os elétrons são “roubados” e per- correm quatro grandes complexos proteicos na membrana interna da mitocôndria (Figuras 29), liberando, no percurso, uma grande quantidade de energia. Essa energia ocasiona a passagem dos íons H– da matriz mitocondrial para o espaço intermembranoso. ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E154 Legenda: Em verde estão representados os quatro grandes complexos protei- cos que separam o espaço intermembranoso (acima) da matriz mitocondrial (abaixo). As moléculas de NADH e FADH₂, formadas nas etapas anteriores, re- agem com o oxigênio, liberando íons H+ e elétrons, o que forma NAD+ e FAD. Enquanto os elétrons são transportados até chegarem ao oxigênio, é libera- da grande quantidade de energia. que promove a passagem dos íons H+ da matriz mitocondrial para o espaço intermembranoso. Como a concentração de íons H+ é maior no espaço intermembranoso, eles tendem a voltar para a matriz e, no caminho, atravessam a enzima ATP-sintase, que forma ATP. Os elétrons se juntam ao oxigênio e formam moléculas de água. Figura 29 - Cadeia transportadora de elétrons e a fosforilação oxidativa (Q: ubiquinona; Cyt.C: citocromo oxidase, enzimas que participam do complexo citocoromo-oxidase) Como a concentração de íons H+ no espaço entre as membranas é bastante ele- vada, eles tendem a retornar à matriz mitocondrial e, no caminho, ativam a enzima ATP-sintase. Isto porque a membrana interna é impermeável a esses íons e, então, o único canal disponível é por meio da enzima. A ATP-sintase utiliza o fluxo de H+ para adicionar um fosfato ao ADP, formando ATP (Figura 30). Esse processo é chamado quimiosmose, pois gera um ATP usando a energia de um gradiente químico, e a reação ADP → ATP é chamada de fosforilação oxidativa. Mitocôndrias e Respiração Celular Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 155 Acima da membrana está o espaço intermembranoso e abaixo, a matriz mito- condrial. A concentração de íons H+ no espaço intermembranoso é maior do que na matriz, mas a membrana é impermeável a esses íons. Então, eles atra- vessam a membrana a favor do seu gradiente de concentração por meio do canal que existe na ATP-sintase, processo que muda a conformação da enzima e, devido à atividade de síntese, adiciona um fosfato ao ADP, formando um ATP. Figura 30 - Atividade da ATP-sintase A fosforilação oxidativa é responsável pela maior parte dos ATPs produzidos pela célula. O saldo energético, ao final da respiração celular, é de 30 ATPs, sendo que: ■ Glicólise → 2 ATPs. ■ Ciclo do ácido cítrico → 2 ATPs. ■ Fosforilação oxidativa → 26 ATPs. É possível também representar a equação final simplificada da respiração celu- lar como: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + H₂O + energia ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E156 Apesar de tratadas em separado, as etapas da respiração celular são contínuas e ocorrem em locais diferentes na célula, de modo que os produtos de cada etapa são importantes para as próximas (Figura 31). Citosol Mitocôndria Fosforilação oxidativa Glicólise 1 glicose 2 piruvato Ciclo de KrebsAcetil-CoA Figura 31 - Visão panorâmica sobre a respiração celular Legenda: No citosol, uma molécula de glicose é quebrada em duas de piru- vato. Ele é oxidado e forma a acetil coenzima-A, que, na matriz mitocondrial, entra no ciclo do ácido cítrico. Os NADH e FADH₂ formados na glicólise e no ciclo do ácido cítrico são oxidados na cadeia transportadora de elétrons, pro- movendo a formação de ATPs em grande quantidade. Outra reflexão importante a ser feita é a respeito da relação entre a respiração celular e a fotossíntese. Você estudou cada processo em separado e, apesar de ocorre em locais e até em organismos diferentes, eles estão intimamente ligados. Isto porque os produtos da respiração celular (gás carbônico e água) são exata- mente os reagentes da fotossíntese, enquanto o produto dafotossíntese (glicose e oxigênio) também são os produtos da respiração celular (Figura 32). Mitocôndrias e Respiração Celular Re pr od uç ão p ro ib id a. A rt . 1 84 d o Có di go P en al e L ei 9 .6 10 d e 19 d e fe ve re iro d e 19 98 . 157 Caro(a) aluno(a), na terceira unidade, o objetivo era aprofundar seus conheci- mentos a respeito das organelas e do metabolismo celular. Seguindo o ponto de vista da unidade anterior, em que estudamos a célula “de fora para dentro”, essa unidade trouxe as principais organelas presentes nas células eucariontes, bem como as principais reações metabólicas a ela relacionadas. Todos os conheci- mentos aqui apresentados se relacionam com o que você estudou nas unidades anteriores, pois muitas reações se iniciam no citoplasma e terminam no interior das organelas. Além disso, estudamos as organelas em separado, porém o meta- bolismo é contínuo, e a atividade das organelas estão relacionadas. Luz solar Cloroplasto Mitocôndria Fotossíntese Respiração celular Energia química (ATP) Figura 32 - Correlação entre a fotossíntese e a respiração celular ORGANELAS CELULARES E METABOLISMO CELULAR Reprodução proibida. A rt. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. IIIU N I D A D E158 CONSIDERAÇÕES FINAIS Estamos encerrando a terceira unidade, em que a ênfase foi a estrutura e o meta- bolismo das principais organelas presentes nas células eucariontes. Como você viu no início da unidade, a definição de organela é bastante variável e pode incluir, ou não, organelas que não são delimitadas por membrana. Adotamos, aqui, a ideia de que as organelas são estruturas celulares que realizam uma função em específico, o que inclui, por exemplo, os ribossomos, que não são membranosos. O metabolismo celular envolve a produção e a quebra de moléculas que tran- sitam no interior da célula, que são realizadas pelo sistema de endomembranas existente nas células eucariontes. Esse sistema é constituído pelo retículo endo- plasmático, pelo Complexo de Golgi e pelos lisossomos. Além deles, estudamos também a estrutura e o metabolismo dos peroxissomos, que degradam molé- culas por oxidação. Associados ao Retículo Endoplasmático Rugoso estão os ribossomos respon- sáveis pela síntese de proteínas. Este processo ocorre graças a uma molécula de RNA mensageiro “lida” pelo ribossomo, ligando os aminoácidos que formam a proteína em ligações peptídicas. Os cloroplastos, presentes apenas em células de vegetais e algas, são respon- sáveis pela fotossíntese. Por meio desta, essas células conseguem transformar energia luminosa em energia química, armazenada nas ligações químicas de moléculas de açúcar, como a glicose. As moléculas de glicose formadas na fotossíntese são quebradas na respira- ção celular, que ocorre nas mitocôndrias. Por meio da reação com o oxigênio, a energia contida nas ligações químicas da glicose fica disponível para a célula na forma de ATP. Assim, é importante que você note as relações que existem entre o metabolismo dos cloroplastos e das mitocôndrias, na produção e na obtenção de energia pelas células. 159 1. Considerando a estrutura e o metabolismo de células procariontes e eucarion- tes, monte um quadro comparativo entre os dois tipos de célula, em que haja as organelas encontradas em cada um e, também, o metabolismo realizado por cada uma delas. 2. A respeito da síntese e degradação de moléculas no interior das células, analise as afirmativas a seguir: I. O Retículo Endoplasmático é a organela responsável por empacotar, identi- ficar e destinar as moléculas produzidas na célula. II. O Complexo de Golgi é mais desenvolvido em células com atividade secre- tora, como as encontradas nas glândulas. III. Os lisossomos degradam moléculas por oxidação. Assinale a alternativa correta: a) Somente as afirmativas I e II. b) Somente a afirmativa II. c) Somente as afirmativas I e III. d) Somente as afirmativas II e III. e) Nenhuma das alternativas está correta. 3. Analise as afirmativas a seguir e assinale V para o que for verdadeiro e F para falso: ( ) Os ribossomos são as organelas responsáveis pela síntese de proteínas e estão presentes em todas as células. ( ) O RNA transportador carrega mensagens que serão “lidas” pelos ribosso- mos para a produção de proteínas. ( ) A síntese de proteínas e dos componentes que participam dela acontece no citoplasma. ( ) Na formação de uma proteína, os aminoácidos são unidos por ligações peptídicas. 160 Assinale a sequência correta: a) V, F, F e V. b) F, F, V e F. c) V, F, V e F. d) F, F, F e V. e) F, V, V e F. 4. Assinale a alternativa que explica a função da enzima ATP-sintase, presente no metabolismo dos cloroplastos e das mitocôndrias: a) Quebra ATP em ADP e ácido pirúvico, liberando energia. b) Une duas moléculas de ATP para conservar energia que será utilizada depois pela célula. c) Produz ATP, adicionando um fosfato ao ADP, o que armazena energia que pode depois ser usada pela célula. d) Produz glicose a partir da energia armazenada nas moléculas de ATP. e) Quebra a molécula de glicose, liberando ATPs para a célula. 5. Reveja as reações químicas que acontecem nos cloroplastos e nas mitocôn- drias. Depois, explique como o metabolismo dessas duas organelas está rela- cionado. 161 6. GLICÓLISE, FERMENTAÇÃO E CULINÁRIA Há muito tempo, a humanidade vem con- sumindo alimentos fermentados, que, além de conferir às matérias-primas utilizadas um sabor agradável, também prolongam a durabilidade dos alimentos, como é o caso do iogurte. Embora alguns micro-organismos façam mal à saúde, alguns são de grande impor- tância e não nos fazem mal, podendo até conferir benefícios à saúde, como os leites fermentados. Os leites fermentados podem melhorar a flora intestinal, fortalecer o sistema imuno- lógico, auxiliar no combate ao colesterol, entre outros benefícios. Acredita-se que sejam capazes até de prevenir determi- nados tipos de câncer no estômago e no intestino. Os benefícios do iogurte estão diretamente ligados ao aparelho diges- tivo, regulando o intestino e combatendo também prisão de ventre. O iogurte é pro- duzido por meio da fermentação do leite. Entre as fermentações utilizadas em alimen- tos destacam-se como as mais importantes, a fermentação alcoólica, a fermentação acé- tica e a fermentação láctica. Fermentação alcoólica: realizada por diversos micro-organismos, bastante uti- lizada na fabricação de bebidas alcoólicas, como a cerveja, o vinho, entre outros. Pro- duz como principal produto o álcool. Fermentação acética: largamente utilizada na indústria de alimentos, utiliza micro-or- ganismos como as bactérias acéticas, com a finalidade de produzir, por exemplo, o vina- gre, gerando o ácido acético como principal composto. Fermentação láctica: é aplicada na produ- ção de diversos alimentos, tanto de origem vegetal, como picles, chucrute e azeitonas, quanto de origem animal, como queijos, iogurtes e salames. A fermentação láctica é assim chamada porque produz o ácido láctico como com- posto principal. É um processo bioquímico realizado por bactérias lácticas como Lacto- bacillus delbrueckii, L. bulgaricus, L. pentosus, o L. casei, L. leichmannii e Streptococcus lac- tis, entre outros. A fermentação do leite resulta em vários tipos de produtos. Todos eles possuem durabilidade (ou vida de prateleira) mais extensa do que a do leite fresco. Esse fato deve-se à produção do ácido láctico, que resulta em maior acidez e abaixamento do pH do meio, dificultando o cresci- mento de micro-organismos que podem fazer mal à saúde humana ou deteriorar o produto. 162 O leite empregado no processo de fer- mentação deve ser de boa procedência e qualidade, livre de antibióticos ou resíduos tóxicos, importante para garantir a segu- rança alimentar do produto, mantendo o padrão de qualidade estabelecido pela legislação em vigor no país que o produz e comercializa. É importanteentender que, por mais avan- çada que seja a tecnologia empregada no processamento do leite fermentado, nunca se conseguirá fabricar um produto de boa qualidade a partir de matéria-prima defi- ciente. Vários defeitos de fabricação podem ocor- rer devido à contaminação do leite, por exemplo, a coagulação incompleta, sabor amargo ou de ranço. Portanto, deve-se utilizar leite de boa procedência, bem refri- gerado e livre de contaminantes (pesticidas, herbicidas e sanitizantes). Fonte: Martins, Veiga e Castilho (2014). Material Complementar MATERIAL COMPLEMENTAR Guia Mangá - Bioquímica Masaharu Takemura e Office Sawa Editora: Novatec Sinopse: Kumi adora comer, mas está preocupada que sua paixão por alimentos pouco saudáveis esteja afetando sua saúde. Determinada a desvendar os segredos do regime perfeito, ela decide buscar a ajuda de seu estudioso amigo, Nemoto, e de sua professora de Bioquímica, dra. Kurosaka. Assim tem início nossa aventura... Acompanhe esta viagem no Guia Mangá Bioquímica enquanto Kumi explora os mistérios do funcionamento de seu corpo. Com o auxílio do robô-gato, o simpático robô endoscópico da professora, você conhecerá a incrível máquina química que nos mantém vivos e verá de perto biopolímeros, como o DNA e as proteínas, processos metabólicos que transformam os alimentos em energia e enzimas que catalisam as reações químicas do nosso corpo. Artigo científico intitulado “Modelo didático para estudar os processos energéticos fotossíntese e respiração celular: processos energéticos fundamentais para a manutenção da vida no planeta”. Web: <http://www.diaadiaeducacao.pr.gov.br/portals/pde/arquivos/2409-8.pdf>. Artigo científico intitulado “Ciclo de Krebs Como Fator Limitante na Utilização de Ácidos Graxos Durante o Exercício Aeróbico”. Web: <http://www.scielo.br/pdf/abem/v47n2/a05v47n2.pdf>. O Óleo de Lorenzo Ano: 1992 Sinopse: um garoto é diagnosticado com uma doença extremamente rara, que provoca uma preocupante degeneração no cérebro. No filme, seus pais passam a estudar e a pesquisar uma possível cura, na esperança de descobrir algo que possa deter o avanço da doença. REFERÊNCIASREFERÊNCIAS ALBERTS, B.; JOHNSON, A.; LEWIS, J.; RAFF, M.; DE ROBERTS, K.; WALTER, P. Biologia molecular da célula. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. DE ROBERTS, E. M. F.; HIB, J. Bases da biologia celular e molecular. 3. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2001. JUNQUEIRA, L. C.; CARNEIRO, J. Biologia Celular e Molecular. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012. MARTINS, R. L.; VEIGA-SANTOS, P.; CASTILHO, S. G. Fermentação divertida: intro- dução à ciência através de atividade culinária investigativa. Rio de Janeiro: Cultura Acadêmica, 2014. Disponível em: <https://repositorio.unesp.br/bitstream/hand- le/11449/126252/ISBN9788579835278.pdf?sequence=1&isAllowed=y>. RAVEN, P. H.; EVERT, R. F.; EICHORN, S. E. Biologia vegetal. 7. ed. Rio de Janeiro: Gua- nabara Koogan, 2007. Referências On-Line ¹ Em: <https://accessmedicine.mhmedical.com/data/books/1441/murray29_ch46_ unfig-46-06.png>. Acesso em: 28 jan. 2019. ² Em: <https://c8.alamy.com/compde/bb46kp/rezeptor-vermittelte-endozytose- -ermoglicht-zellen-molekule-wie-proteine-aufnehmen-die-fur-die-normale-zell- funktion-notwendig-sind-bb46kp.jpg>. Acesso em: 28 jan. 2019. 3 Em: <https://www.sobiologia.com.br/conteudos/Citologia/cito21.php>. Acesso em: 28 jan. 2019. 4 Em: <https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Peroxisome.jpg>. Acesso em: 28 jan. 2019. 5 Em: <https://www.infoescola.com/citologia/peroxissomos/>. Acesso em: 28 jan. 2019. 6 Em: <https://essaseoutras.com.br/tabela-do-codigo-genetico-universal-com-co- dons-de-rnam-aminoacidos/>. Acesso em: 29 jan. 2019. 7 Em: <https://pt.khanacademy.org/science/biology/gene-expression-central-dog- ma/translation-polypeptides/a/the-stages-of-translation>. Acesso em: 29 jan. 2019. 8 Em: <https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/32/Voies-aero- biose-anaerobiose.svg/941px-Voies-aerobiose-anaerobiose.svg.png>. Acesso em: 29 jan. 2019. 164 GABARITO 165 GABARITO 1. Exemplo de resposta: Procariontes Eucariontes R.E. e Complexo de Golgi Síntese de moléculas. Ausentes. Presentes em todas as células. Lisossomos e Peroxissomos Degradação molecular. Ausentes. Presentes em todas as células. Ribossomos Síntese de proteínas. Presentes. Presentes. Cloroplastos Fotossíntese. Ausentes. Apenas em vegetais e algas. Mitocôndria Respiração celular. Ausentes. Presentes em todas as células. 2. B. 3. A. 4. C. 5. Exemplo de resposta: os cloroplastos realizam a fotossíntese a partir de molécu- las de gás carbônico e água, em que são produzidas moléculas de glicose e gás oxigênio, utilizando a energia da luz solar. As mitocôndrias utilizarão a glicose produzida na fotossíntese como fonte de energia para as células na respiração celular. A glicose reage com o oxigênio (os produtos da fotossíntese), formando gás carbônico e água, que são exatamente os reagentes da fotossíntese. ANOTAÇÕES UNIDADE III
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