METABOLISMO CELULAR

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METABOLISMO CELULAR
Introdução
A energia da célula é proveniente de lipídios (gorduras), proteínas e principalmente de carboidratos (açúcares). Depois de ingeridas, essas moléculas passam por uma série de reações químicas no organismo, a fim de produzir energia para o funcionamento das células. Esse processo é conhecido como Metabolismo. 
O metabolismo celular é o conjunto de reações químicas ou transformações que ocorrem dentro da célula com o objetivo de produzir energia e manter o funcionamento da célula, sendo assim, é fundamental para o desenvolvimento e sobrevivência dos organismos. A própria origem do termo faz referência a isso: a palavra metabolismo vem do grego metábole, que significa “mudança”, “troca”. 
Você pode estar se perguntando: mas quais reações são essas? A resposta inclui todos os processos de síntese (ou seja, de produção) e de degradação (ou seja, de quebra) que um organismo realiza.
Um exemplo de reação de síntese é a produção de proteínas no nosso corpo, a partir de estruturas mais simples, que são os aminoácidos. Por outro lado, um exemplo de reação de degradação é a digestão dos alimentos, em que moléculas grandes e complexas (como as proteínas) são quebradas em moléculas menores e mais simples (como os aminoácidos).
O conjunto de todas as reações de síntese, em que o organismo produz substâncias complexas, é chamado de anabolismo. Já o conjunto de reações de degradação de moléculas, no qual o organismo obtém a matéria prima de que necessita, é chamado de catabolismo. Em outras palavras, o metabolismo pode ser entendido como o anabolismo mais o catabolismo. 
No organismo, essas reações acontecem de maneira dinâmica, intensa e contínua. Isso quer dizer que a todo momento o nosso corpo está produzindo substâncias novas e degradando outras. São esses processos ordenados e acontecendo em conjunto que permitem a existência da vida como a conhecemos.
Contextualizando...
O que está acontecendo no seu corpo nesse exato momento? 
Sua primeira resposta poderia ser que você está com fome ou que seus músculos estão doloridos de uma corrida ou que você está cansado. Mas, vamos aprofundar um pouco mais, além da camada da sua consciência e analisando o que está acontecendo nas suas células.
Se você pudesse olhar dentro de qualquer célula de seu corpo, descobriria que está em intensa atividade, mais semelhante com um mercado de rua do que com um ambiente calmo. Esteja acordado ou dormindo, correndo ou assistindo TV, a energia está sendo constantemente transformada dentro das suas células, mudando conforme as reações químicas vão acontecendo para manter seu corpo vivo e funcionando.
As células estão constantemente realizando milhares de reações químicas necessárias para manter as células, e seu corpo como um todo, vivos e saudáveis. Essas reações químicas estão geralmente conectadas em cadeias ou vias. Todas as reações químicas que ocorrem dentro de uma célula são coletivamente chamadas de metabolismo da célula.
No metabolismo celular algumas das reações químicas liberam energia e podem acontecem espontaneamente (sem necessidade de energia). No entanto, outras precisam de energia adicional para serem realizadas. Assim como você continuamente deve comer alimentos para substituir o que seu corpo usa, as células precisam de um fluxo contínuo de energia para alimentar suas reações químicas que requerem energia. Na verdade, o alimento que você come é a fonte de energia utilizada por suas células!
Quebrando a glicose: respiração celular
Como um exemplo de uma via de liberação de energia, vamos ver como uma de suas células pode quebrar uma molécula de açúcar (como de um doce que você comeu de sobremesa).
Muitas células, incluindo a maioria das células no seu corpo, obtêm energia da glicose (C6H12O6) em um processo chamado de respiração celular. Durante esse processo, uma molécula de glicose é quebrada gradualmente, em vários passos. Contudo, o processo possui uma reação geral:
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + energia
Os processos da respiração celular ocorrem no citoplasma e nas mitocôndrias. As três etapas da respiração são:
· A glicólise;
· O ciclo de Krebs;
· A cadeia respiratória.
Os produtos finais da respiração celular são o gás carbônico e a água.
Vale lembra que, como o oxigênio participa do ciclo de Krebs e da cadeia respiratória, chamamos esse tipo de respiração de respiração aeróbica.
Glicólise
A glicólise ocorre no citosol da célula, fora da mitocôndria, e não utiliza o oxigênio. Nela, acontece a quebra inicial da glicose, gerando duas moléculas de piruvato, também chamado de ácido pirúvico.
Quatro dos hidrogênios foram retidos pelos aceptores intermediários de elétrons, os NAD (Dinucleótido de Nicotinamida e Adenina), que passam de uma forma oxidada para uma forma reduzida.
A glicólise possui como produtos finais 2 ATP e 2 NADH2, e como o oxigênio não está presente nesse processo, dizemos que é uma etapa aneróbica.
Ciclo de Krebs
Após a glicólise, os piruvatos entram na mitocôndria e passam por uma fase preparatória. Na matriz mitocondrial, ocorre o ciclo de Krebs, também chamado de ciclo do ácido cítrico ou ciclo do ácido tricarboxílico. Os piruvatos quebram e formam radicais Acetil, com dois carbonos, que participam do ciclo.
Nesse ciclo, ocorre a descarboxilação e desidrogenação completa dos piruvatos, liberando gás carbônico e elétrons, que são capturados por aceptores intermediários, o NAD e o FAD (Dinucleótido de Flavina e Adenina). No final do processo, formam-se 2 ATP. Além disso, o oxigênio está presente nesse processo, sendo uma etapa aeróbica.
Cadeia respiratória
Os transportadores intermediários seguem para as cristas mitocondriais, nas quais ocorrerá a cadeia respiratória, que também pode ser chamada de cadeia transportadora de elétrons ou de fosforilação oxidativa.
Os elétrons levados pelo NAD e FAD passam por diversos transportadores, sendo os mais importantes os citocromos. A energia do elétron é utilizada para bombear prótons para o espaço inter membranas.
Por causa do gradiente de elétrons (H+), o espaço intermembrana fica carregado e os elétrons tentam retornar para a matriz mitocondrial. Esse retorno dos elétrons ocorre com a ajuda de uma enzima ATP sintase, que abre um canal. Conforme os H+ retornam para a matriz, a enzima promove reações que geram ATP.
Com o aumento da concentração de H+ dentro da mitocôndria, para evitar a acidez da organela, os elétrons se ligam ao oxigênio, que é o último aceptor de elétrons, formando água. A cadeia respiratória tem como produto final 34 ATP e água.
ATP sintase transportando elétrons para a matriz mitocondrial
ATP (Trifosfato de adenosina)
A energia envolvida nos processos de fotossíntese e respiração celular não pode ficar livremente na célula. Essa energia é capturada e armazenada temporariamente, em forma de energia química, na molécula de trifosfato de adenosina ou ATP (do inglês adenosine triphosphate).
O ATP armazena a energia e pode transferi-la nos diversos processos metabólicos que acontecem na célula. Por esse motivo, o ATP é considerado a moeda energética da célula, que circula nesse ambiente e participa dos processos que envolvem energia.
A principal forma de os organismos obterem energia é por meio da glicose, um tipo de carboidrato. Na respiração celular, a glicose é quebrada, liberando energia que será armazenada nas moléculas ATP. Assim, pode-se concluir que o objetivo da respiração celular é produzir moléculas de ATP.
Produzindo glicose: Fotossíntese
A fotossíntese é um processo realizados apenas por organismos autotróficos (aqueles que conseguem produzir seu próprio alimento), como as plantas. Elas usam a energia da luz solar para transformar o gás dióxido de carbono em moléculas de açúcar. Portanto, a fotossíntese é considerada um processo anabólico, que necessita de energia. 
 A fotossíntese ocorre em várias pequenas etapas, mas sua reação geral é a reação da respiração celular invertida:
6CO2 + 6H2O + energia C6H12O6 + 6O2
 z
Esse processo ocorre no interiordos cloroplastos, sendo realizado em maior intensidade nos tecidos ricos nesse tipo de organela, como é o caso do parênquima clorofiliano encontrados nas folhas. Em geral, esse processo é dividido em duas etapas principais: a fase clara, também conhecida por fotoquímica, e a fase escura, que também é chamada de fase puramente química. 
A fotossíntese acontece quando a água e os sais minerais são retirados do solo por meio da raiz (no caso das plantas), percorrendo a planta em forma da chamada seiva bruta. Ao chegar às folhas, a luz do sol é absorvida através da clorofila, pigmento que dá a elas a cor verde.
Por meio de uma reação fotoquímica, que utiliza a luz solar, é ocasionada a transformação da energia solar em energia química, que é conduzida pelos canais existentes para toda a planta, e usada como alimento para ela se manter viva e continuar crescendo.
Processo da fotossíntese
Agora vamos compreender as etapas da fotossíntese e como plantas, algas, cianobactérias e alguns tipos de bactérias são capazes de produzir seu alimento. 
Fase clara 
A chamada fase clara, fase luminosa ou fase fotoquímica, como o nome já adianta, é uma das fases da fotossíntese e só ocorre na presença da luz, nas lamelas dos tilacoides do cloroplasto. Lá ocorre a absorção de luz solar e a transferência de elétrons, por meio dos fotossistemas, que são conjuntos de pigmentos, proteínas e transportadores de elétrons que formam uma estrutura de membranas.
Na fase clara, existem dois tipos de fotossistemas, cada um com uma média de 300 moléculas de clorofila:
· fotossistema I: conta com centro de reação P700, absorvendo preferencialmente a luz de comprimento de onda de 700nm;
· fotossistema II: conta com centro de reação P680, absorvendo preferencialmente a luz de comprimento de onda de 680nm.
Esses dois fotossistemas atuam de forma independente, mas complementar, estando ligados por uma cadeia transportadora de elétrons. Nessa fase, ocorrem dois processos muito importantes: a fotofosforilação e a fotólise da água, que explicamos abaixo.
Fotofosforilação
O processo de fotofosforilação consiste basicamente na adição de um P (Fósforo) ao ADP (Adenosina difosfato), o que resulta na formação de ATP. Ao ser capturado pelas moléculas antenas dos fotossistemas, a energia de um fóton de luz é transferida para os centros de reação, onde está localizada a clorofila.
Ao atingir a clorofila, ela se torna energizada e libera elétrons, que passam por diferentes aceptores, formando, juntamente com H2O, ATP e NADPH. Existem dois tipos de fotofosforilação:
· fotofosforilação acíclica: os elétrons liberados pela clorofila não retornam para ela, indo para o outro fotossistema. Ele produz ATP e NADPH.
· fotofosforilação cíclica: os elétrons liberados pela clorofila retornam para ela. Esse processo produz apenas ATP.
Fotólise da água
A fotólise da água é o processo de quebra da molécula de água por meio do uso da energia solar. Esse processo é responsável pela substituição dos elétrons perdidos pela clorofila no fotossistema II e também por produzir o oxigênio que respiramos. A equação geral da fotólise, também conhecida como reação de Hill, é descrita da seguinte maneira:
Luz 
2H2O    ———>   O2 + 4H+ + 4e–
Dessa forma, a molécula de água é a doadora final dos elétrons. O ATP e NADPH formados serão utilizados para a síntese de carboidratos, a partir do CO2, processo que ocorre na fase escura, que é a etapa seguinte.
Fase escura
Enquanto a fase clara fornece energia, a fase escura realiza a formação de glicose a partir de CO2, podendo ocorrer tanto na ausência quanto na presença de luz, sendo responsável pela fixação do carbono.
Através das reações de fixação do carbono, o NADPH e o ATP produzidos anteriormente são utilizados para reduzir o dióxido de carbono a carbônico orgânico, através do chamado ciclo de Calvin. Nesse ciclo, as moléculas são quebradas, apresentando ganho de uma molécula de PGAL, que servirá para a produção de sacarose e amido.
Quimiossíntese
Fotossíntese e quimiossíntese são processos distintos. Enquanto a primeira é um processo que se utiliza da luz para ocorrer, a segunda tem funcionamento semelhante, mas que não depende da luz: apenas produz matéria orgânica que servirá de alimento pelos organismos que a realizam. No entanto, na quimiossíntese, no lugar da energia luminosa, é utilizada a energia liberada pela oxidação de certas moléculas inorgânicas, como o enxofre (S), o hidrogênio (H), o nitrogênio (N), o ferro (Fe) ou o manganês (Mg), sendo um processo presente em bactérias e arqueobactérias que vivem em ambientes carentes de luz solar.
Fermentação 
O gás carbônico liberado na fermentação alcoólica forma bolhas na massa do pão, deixando-a leve e macia
A fermentação é um processo anaeróbico de obtenção de energia, ou seja, ocorre quando não há oxigênio disponível no meio. A fermentação pode ser uma fermentação alcoólica ou uma fermentação lática.
A etapa inicial da fermentação é a mesma da respiração celular: a glicólise. O rendimento energético da fermentação é mais baixo, apenas dos 2 ATP que são produzidos na glicólise. Porém é um processo mais rápido que a respiração aeróbica.
Fermentação alcoólica
Na fermentação alcoólica, após a glicólise o piruvato perde o gás carbônico, formando um aldeído (acetaldeído ou etanal). Quando ele recebe os hidrogênios do NAD forma o etanol. Esse tipo de fermentação é feita por leveduras.
Esquema da fermentação alcoólica, formando etanol e gás carbônico
Fermentação lática
Na fermentação lática, após a glicólise o NAD reoxida o piruvato, que se transforma em ácido lático. Esse tipo de fermentação é feita pelas células musculares e por bactérias.
Esquema da fermentação lática, formando o ácido lático
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
https://pt.khanacademy.org/science/biology/energy-and-enzymes/energy-in-metabolism/a/overview-of-metabolism
https://brasilescola.uol.com.br/biologia/metabolismo-celular.htm
https://www.portaleducacao.com.br/conteudo/artigos/biologia/o-metabolismo-celular/63148
https://descomplica.com.br/artigo/confira-o-resumo-de-respiracao-celular-e-fermentacao/4LV/
https://www.stoodi.com.br/blog/biologia/fotossintese-o-que-e/
https://www.stoodi.com.br/blog/biologia/metabolismo-celular-o-que-e/