Energia Celular

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Energia Celular 
Propriedade dos seres vivos: 
1. Possuem uma estrutura complexa, cuja 
unidade básica de organização é a célula. 
2. Adquirem, transformam, armazenam e 
utilizam energia. 
3. Sentem e respondem aos meios externo e 
interno. 
4. Mantêm a homeostase por meio dos 
sistemas de controle interno e 
retroalimentação. 
5. Armazenam, utilizam e transmitem 
informação. 
6. Reproduzem-se, desenvolvem-se, crescem 
e morrem. 
7. Possuem propriedades emergentes que não 
podem previstas a partir da soma simples das 
partes. 
8. Os indivíduos adaptam-se e as espécies 
evoluem. 
 
Para que tudo isso ocorra a energia é essencial, 
pois sem ela para o crescimento, o reparo e a 
manutenção do meio interno, a célula é como 
uma cidade fantasma cheia de edifícios que vão 
lentamente se transformando em ruínas. 
Todas as células utilizam energia do seu 
ambiente para crescer. As plantas capturam a 
energia do sol por meio da fotossíntese. Já os 
animais, não podem, eles têm de importar a 
energia das ligações químicas pela ingestão de 
biomoléculas de plantas ou de outros animais. 
Ao final, no entanto, a energia armazenada pela 
fotossíntese acaba sendo a fonte de energia para 
todos os animais, incluindo os seres humanos. 
• Os animais extraem energia de 
biomoléculas através da respiração. 
• Se ingerem mais energia do que o 
necessário, o excesso é armazenado nas 
ligações químicas, assim como ocorre nas 
plantas. (O glicogênio e as moléculas 
lipídicas são os principais estoques de 
energia). 
• Estas moléculas de armazenamento estão 
disponíveis para uso quando as 
necessidades de energia do animal 
excedem a sua ingestão alimentar. 
Conceitos: 
Energia pode ser definida como a capacidade de 
realizar trabalho e este trabalho significa três 
itens específicos: 
1. Trabalho químico: é a síntese e quebra de 
ligações químicas. Permite que células e 
organismos cresçam, mantenham um 
ambiente interno favorável e armazenem 
informação necessária para a reprodução 
e outras atividades. 
2. Trabalho de transporte: permite às 
células mover íons, moléculas e 
partículas maiores através da membrana 
celular e das membranas das organelas da 
célula. É particularmente útil para criar 
gradientes de concentração. 
3. Trabalho mecânico: em animais é 
utilizado para gerar movimento. No nível 
celular, movimento inclui o movimento 
de organelas dentro de uma célula, 
mudança na forma das células e 
batimento de cílios e flagelos. No nível 
macroscópico nos animais, o 
movimento, em geral, envolve a 
contração muscular. A maior parte do 
trabalho mecânico é mediada por 
proteínas motoras que constituem certas 
fibras intracelulares e filamentos do 
citoesqueleto. 
Existe a divisão em dois tipos de energia: 
• Cinética: é a energia do movimento 
• Potencial: é a energia armazenada 
(nas ligações químicas, a energia 
potencial é armazenada na posição 
dos elétrons que formam a ligação) 
É medida em quilocalorias (kcal), durante o 
metabolismo. (Uma quilocaloria é a quantidade 
de energia necessária para elevar a temperatura 
de 1 litro de água em 1 grau Celsius.) 
Uma característica-chave de todos os tipos de 
energia é a capacidade da energia potencial de se 
converter em energia cinética e vice-versa. Mas 
essa conversão nunca é 100% eficiente, já que 
uma parte da energia é perdida para o meio sob 
a forma de calor. 
Exemplo: 
 
Muitos processos fisiológicos no corpo 
humano não são muito eficientes. Por 
exemplo, 70% da energia utilizada no 
exercício físico é perdida sob a forma de calor, 
em vez de ser transformada no trabalho da 
contração muscular 
 
Em sistemas biológicos, a energia potencial é 
armazenada em gradientes de concentração e 
ligações químicas. E é transformada em energia 
cinética quando necessária para realizar trabalho 
químico, de transporte ou mecânico. 
Termodinâmica: 
Lei que trata sobre a transferência de energia em 
sistemas biológicos e no universo. 
1. Lei da conservação de energia: a 
quantidade total de energia no universo é 
constante. O universo é considerado um 
sistema fechado – nada entra e nada sai 
dele, “tudo se transforma” 
Divergência: o corpo humano não é um sistema 
fechado. Como um sistema aberto, ele troca 
matéria e energia com o seu meio externo. Como 
o nosso corpo não pode criar energia, ele a 
importa do exterior, na forma de alimento. Além 
disso, o nosso corpo perde energia, sobretudo na 
forma de calor, para o meio externo. A energia 
que permanece dentro do corpo pode ser 
convertida de um tipo em outro, ou pode ser 
utilizada para realizar trabalho. 
2. Lei da Entropia: postula que processos 
espontâneos naturais vão de um estado 
de ordem (não aleatório) para uma 
condição de aleatoriedade ou de 
desordem. 
Exemplo: criar e manter a ordem em um sistema 
aberto como o corpo requer a entrada de energia. 
A desordem ocorre quando um sistema aberto 
perde energia para o seu meio externo sem 
recuperá-la. Isso significa que a entropia do 
sistema aberto aumentou. 
 
Analogia: cidade fantasma. 
Quando as pessoas colocam toda a sua energia 
em atividades fora da cidade, esta lentamente 
cai em abandono, tornando-se menos 
organizada (sua entropia aumenta). 
Esse fluxo de energia através de sistemas 
biológicos é conhecido como bioenergética. 
Reações químicas: 
 
Em uma reação química, uma substância torna-
se diferente, pela ruptura e/ou formação de 
ligações covalentes. Uma reação começa com 
uma ou mais moléculas chamadas de reagentes 
e termina com uma ou mais moléculas 
chamadas de produtos. 
Taxa da reação: 
A taxa da reação é medida como a mudança na 
concentração durante certo período de tempo e 
é, muitas vezes, expressa em molaridade por 
segundo (M/s). 
Energia livre: 
É a energia potencial armazenada nas ligações 
químicas de uma molécula. Quanto mais 
complexas as moléculas, mais ligações 
químicas...portanto, mais energia livre. É esse 
fator de alta energia livre que define as moléculas 
utilizadas para armazenar energia – Glicogênio. 
Energia de ativação: 
É a entrada inicial de energia necessária para que 
ocorra uma reação. 
• Uma reação com baixa energia de 
ativação ocorre espontaneamente 
quando os reagentes são colocados juntos 
– vinagre + bicarbonato = dióxido de 
carbono. 
• As reações com alta energia de ativação 
não ocorrerão espontaneamente ou 
ocorrerão muito lentamente para serem 
úteis. 
Uma variação no nível da energia livre significa 
que a reação libera ou captura energia: 
• Reação exergônica: liberam energia 
porque os produtos possuem menos 
energia do que os reagentes. 
Um exemplo importante de uma reação 
exergônica é a combinação de ATP e 
água para formar ADP, fosfato 
inorgânico (Pi) e H. A energia é liberada 
durante esta reação quando a ligação 
fosfato rica em energia da molécula de 
ATP é quebrada: 
 
 
 
• Reação endergônica: capturam alguma 
energia de ativação nos produtos, que, 
então, possuirão mais energia livre do 
que os reagentes. São geralmente reações 
de síntese. 
Por exemplo, uma reação endergônica 
une várias moléculas de glicose para criar 
o polímero de glicose glicogênio. A 
molécula complexa de glicogênio possui 
mais energia livre que as moléculas 
simples de glicose utilizadas para a 
sintetizar. 
A maneira mais simples para uma célula 
adquirir energia de ativação é acoplar uma 
reação exergônica a uma endergônica. Algumas 
das reações acopladas mais conhecidas são 
aquelas que utilizam a energia liberada pela 
quebra da ligação de alta energia do ATP para 
impulsionar uma reação endergônica 
Neste tipo de reação acoplada, as duas reações 
ocorrem simultaneamente e no mesmo local, de 
modo que a energia do ATP pode ser utilizada 
imediatamente para impulsionar a reação 
endergônica entre os reagentes. 
Nem sempre é prático para as reações estarem 
diretamente acopladas desse modo.Consequentemente, as células vivas 
desenvolveram maneiras para capturar a 
energia liberada pelas reações exergônicas e 
poupá-la para ser utilizada depois. 
 
• O método mais comum é capturar a 
energia na forma de elétrons de alta 
energia conduzidos pelos nucleotídeos. 
As moléculas de nucleotídeos NADH, 
FADH2 e NADPH todas capturam 
energia nos elétrons dos seus átomos de 
hidrogênio. 
• NADH e FADH2 geralmente 
transferem a maior parte da sua energia 
para o ATP, o qual pode ser utilizado, 
então, em uma reação endergônica. 
 
Variação líquida da energia livre determina a 
reversibilidade da reação: 
A variação líquida da energia livre da reação em 
um sentido contribui para a energia de ativação 
da reação no sentido oposto. 
Quanto maior a energia de ativação, menor a 
probabilidade de que a reação ocorra 
espontaneamente. Teoricamente, todas as 
reações podem ser revertidas com entrada de 
energia suficiente, porém algumas reações 
liberam tanta energia que são essencialmente 
irreversíveis. 
Um dos principais motivos pelo qual muitas 
reações biológicas são reversíveis é o fato de 
serem auxiliadas por proteínas especializadas, 
chamadas de enzimas. 
Enzimas: 
Aceleram as reações químicas, através da 
diminuição da energia de ativação. E não são 
degradadas no processo. Podem ser ativadas, 
inativadas ou moduladas. Também são 
chamadas de catalisadores biológicos. 
Metabolismo: 
Refere-se a todas as reações químicas que 
ocorrem em um organismo. Essas reações 
extraem energia das biomoléculas dos nutrientes 
(como proteínas, carboidratos e lipídeos) e 
sintetizam ou degradam moléculas. 
Tipos: 
• Catabolismo: libera energia através da 
degradação de biomoléculas grandes. 
• Anabolismo: consome energia que 
resultam na síntese de biomoléculas 
grandes. 
Ambos ocorrem simultaneamente nas células 
por todo o corpo, de modo que, em qualquer 
momento, algumas biomoléculas estão sendo 
sintetizadas, ao passo que outras estão sendo 
degradadas. 
• Muita da energia liberada durante o 
catabolismo é armazenada em ligações 
fosfato de alta energia do ATP ou em 
elétrons de alta energia do NADH, 
FADH2 ou NADPH. As reações 
anabólicas, então, transferem energia 
desses transportadores temporários para 
as ligações covalentes das biomoléculas.