Miniapostila - Metabolismo Energético

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mitocôndria
METABOLISMO
energético
Professoras amanda berti e samara thainá apresentam:
estrelando
ESTÁGIO EM BIOLOGIA i
2021
cl
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op
las
to
AT
P glicose
e muitos outros....
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METABOLISMO ENERGÉTICO
I. INTRODUÇÃO
Em nosso cotidiano, nos deparamos com várias situações em que
observamos a importância da energia em nossas vidas. Nesse exato
momento, você está lendo essa apostila utilizando energia! A luz acesa, a
bateria do computador, o copo de café ao seu lado… A energia está
presente em todas essas situações, sendo indispensável para o
funcionamento dos ecossistemas e equilíbrio do nosso planeta. E com o
nosso corpo não é diferente! Nossas células necessitam de energia para
realizarem suas reações metabólicas e garantirem a homeostase. E como
somos capazes de obter essa energia? É isso que vamos descobrir!
II. A ENERGIA E OS ORGANISMOS
O fluxo de energia é indispensável aos seres vivos, sendo essencial
para a manutenção de suas funções fisiológicas. O conjunto de reações
químicas que ocorrem nos organismo é o que denominamos como
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METABOLISMO (do grego, metabole, mudança). O metabolismo é
altamente coordenado, em que diversas vias metabólicas cooperam para a
obtenção de energia química a partir da energia solar ou degradando
nutrientes energéticamente ricos obtidos no meio ambiente.
As vias metabólicas podem
ser associadas a um mapa
rodoviário, em que várias rodovias
se cruzam e levam a diferentes
destinos. Tais vias iniciam-se com
uma molécula específica que se
transforma a partir de uma série de
etapas, formando uma nova
molécula ou conjunto de moléculas.
As reações químicas que caracterizam as vias metabólicas podem
ser classificadas em dois tipos: as reações que liberam energia,
denominadas exergônicas, e as reações que consomem energia,
denominadas endergônicas. Nas reações exergônicas, os reagentes
possuem mais energia do que produtos, e parte dessa energia é liberada
na forma de calor - outra parte da energia é utilizada pelas reações
endergônicas. Os dois principais processos que iremos estudar envolvem
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tais reações: a fotossíntese, de um modo geral, é um processo
endergônico, enquanto a respiração é exergônica.
Imagino que você deva estar se perguntando: como as reações
endergônicas utilizam a energia liberada pelas reações exergônicas? Isso é
possível devido ao acoplamento das reações, o qual é realizado por uma
molécula com papel fundamental para o metabolismo energético: a
adenosina-trifosfato (ou, para os íntimos, o ATP). O ATP armazena em
suas ligações fosfato grande parte da energia liberada pelas reações
exergônicas, e libera posteriormente essa energia por hidrólise.
O ATP, portanto, funciona
como uma reserva energética para a
célula. Estruturalmente, ele é um
nucleotídeo formado por (1) uma
molécula de adenina (base
nitrogenada), (2) uma molécula do
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açúcar ribose e (3) três moléculas de fosfato. O conjunto da adenina com o
açúcar forma a adenosina, que quando ligada a um fosfato forma a
adenosina monofosfato (AMP), quando ligada a dois fosfatos forma a
adenosina difosfato (ADP) e quando ligada a três fosfatos forma o ATP.
Ao quebrar uma ligação
fosfato, a molécula de ATP
libera energia e torna-se uma
molécula de ADP. É como se
imaginássemos um carro
transportando energia de uma
local a outro, e a ligação fosfato
seria uma caixinha de energia
sendo entregue.
Agora que sabemos como a energia é utilizada nas reações
metabólicas, surge o questionamento: como obtemos essa energia? Os
organismos vivos não “criam” energia espontaneamente, e sim a
transformam a partir de fontes do ambiente. Em relação à obtenção de
energia, os organismos vivos podem ser classificados em dois grandes
grupos: os seres autotróficos e os seres heterotróficos.
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Os seres autotróficos são capazes de utilizar o dióxido de carbono
atmosférico (o gás CO2) como fonte de carbono para a síntese de
compostos que armazenam energia, como a glicose. A exemplos de seres
autotróficos, temos as cianobactérias e as plantas verdes. O processo
metabólico pelo qual esses seres são capazes de sintetizar compostos
carbônicos a partir do CO2(g) é a fotossíntese, e iremos estudá-la mais
profundamente mais adiante.
Já os seres heterotróficos não são
capazes de obter o carbono a partir do
CO2(g), e precisam obter energia a partir de
compostos orgânicos relativamente
complexos, como a glicose. A glicose é
obtida pelos seres heterotróficos
principalmente a partir da ingestão de
alimentos ricos em carboidratos. O
processo pelo qual esses seres são capazes de quebrar moléculas de
glicose para obtenção de energia é denominado glicólise, e todos os
animais pluricelulares e a maioria dos microrganismos são seres
heterotróficos.
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Ao final desta apostila, seremos capazes de entender como esses
seres se relacionam e como o fluxo de energia nos ecossistemas depende
essencialmente de ambos.
III. A ENERGIA E AS CÉLULAS
Como vimos anteriormente, o metabolismo é conjunto de reações
metabólicas que ocorrem em nosso organismo e é responsável pelo fluxo
de energia entre as células, garantindo o funcionamento adequado dos
processos fisiológicos do nosso corpo. Dentro desse conjunto de reações,
as que caracterizam a respiração celular e a fotossíntese são
essencialmente importantes para a liberação de energia e formação de
compostos energéticos, respectivamente. E assim como todas as reações
do nosso corpo, esses processos ocorrem em locais específicos dentro da
célula: a mitocôndria e o cloroplasto.
As mitocôndrias são encontradas em quase todas as células
eucarióticas, incluindo as células de plantas, animais, fungos e a maioria
dos eucariotos unicelulares. Em geral, essas organelas têm cerca de 1 a 10
mm de comprimento. Nas células, o número de mitocôndrias varia de
dezenas até centenas, indo de acordo com o tipo de célula e qual a sua
função biológica desempenhada.
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A mitocôndria é formada por dupla membrana lipoproteica: a mais
externa é lisa, enquanto a mais interna apresenta numerosas dobras –
cristas mitocondriais. A cavidade entre as cristas é preenchida por uma
solução e é denominada matriz mitocondrial; aí se encontram diversas
enzimas, DNA e RNA próprios, pequenos ribossomos e a capacidade de
produzir proteínas (Imagem 5). As mitocôndrias são sítios de respiração
celular, processo metabólico que utiliza oxigênio para dirigir a geração de
ATP pela extração de energia a partir de açúcares, gorduras e outros
combustíveis.
Imagem 5. Mitocôndria. (a) Microfotografia de uma mitocôndria de uma célula pancreática
de um rato. (b) Ilustração dos detalhes de uma mitocôndria. Fonte: TORTORA, G. J.;
FUNKE B. R.; CASE C. L. MICROBIOLOGIA, 12ª ed., 2017.
Os cloroplastos, por sua vez, são organelas plastidiais encontradas
nas células vegetais. Os cloroplastos são encontrados principalmente nas
células do mesofilo, o tecido do interior da folha. Uma célula típica de
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mesofilo tem cerca de 30 a 40 cloroplastos, com cada organela medindo
cerca de 2 a 4 mm por 4 a 7 mm.
O cloroplasto tem um
envoltório de duas membranas
envolvendo um fluido denso
chamado de estroma. Suspenso
no interior do estroma existe um
terceiro sistema de membranas,
formando sacos, chamados de
tilacóides. Os tilacóides separam
o estroma do espaço do
tilacóide, o qual está localizado
no interior desses sacos. Em
alguns lugares, os tilacóides
estão empilhados em colunas
denominadas grana (singular
granum). A clorofila, pigmento
verde que confere cor às folhas,
localiza-se nas membranas do tilacóide.
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IV. DESTINO ENERGÉTICO DO ALIMENTO
Como visto anteriormente, a ingestão de alimentos faz parte da
rotina dos seres vivos e é a partir dela que é retirada grande parte da
energia necessária para que possam desenvolver as suas funções e
atividades. O alimento consumido precisa ser quebrado em pequenas
moléculas (catabolismo), o que envolve algumas etapas no interior do
organismo.
As proteínas, os lipídeose os polissacarídeos compõem a maior
parte dos alimentos e ao serem
quebrados em partes menores
podem ser utilizados pelas células
tanto como fonte de energia quanto
como subunidades estruturais para
outras moléculas (anabolismo). Leia o quadro 1 para entender um pouco
mais sobre anabolismo e catabolismo.
Após a ingestão do alimento, o primeiro estágio de quebra inicia-se
com o que é chamado de digestão. Este estágio ocorre no exterior celular,
no intestino de cordados superiores, ou em uma organela especializada
dentro das células (lisossomos). No trato digestório há diversas enzimas
digestivas capazes de realizar a quebra dos alimentos (Imagem 7). É
interessante ressaltar que, nos cordados superiores, às micro partes dos
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alimentos são absorvidas pelo epitélio intestinal, passando então para a
corrente sanguínea e, posteriormente, alcançando as demais células do
corpo. Dentro das células, os componentes energéticos dos alimentos
passam por um processo inicial de perda de elétrons, a oxidação.
Imagem 7. HIDRÓLISE ENZIMÁTICA.
Quadro 1. Anabolismo e catabolismo.
O catabolismo é a fase de degradação do metabolismo, na qual moléculas
nutrientes orgânicas são convertidas em produtos finais menores e mais
simples. As vias catabólicas liberam energia, e parte dessa energia é
conservada na forma de ATP e transportadores de elétrons reduzidos
(NADH, NADPH e FDH2); o restante é perdido como calor. No
anabolismo, também chamado de biossíntese, precursores pequenos e
simples formam moléculas maiores e mais complexas. As reações
anabólicas precisam de fornecimento de energia. Vimos então que ambos
os processos se complementam.
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Imagem 8. A relação energética entre as vias catabólicas e anabólicas.
O estágio II de quebra dos alimentos é iniciado no citoplasma celular
e termina nas mitocôndrias. No catabolismo celular, uma cadeia de reações
chamada de glicólise é responsável pela conversão da molécula de glicose
em duas moléculas de piruvato. Nesse mesmo momento, importantes
moléculas carreadoras de de energia e prótons são geradas, o ATP e o
NADH.
As moléculas do ácido pirúvico são compostas por três átomos de
carbono e podem ser transportadas para a matriz mitocondrial ou serem
fermentadas no citoplasma. Se o ácido pirúvico seguir para a mitocôndria, o
estágio III inicia-se e a maior parte da energia é liberada na forma de ATP.
Alguns dos eventos que ocorrem são o ciclo do ácido cítrico e a cadeia
transportadora de elétrons.
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Não se preocupe, cada uma das etapas será melhor detalhada ao
longo deste capítulo. Dessa forma, você estudante poderá perceber que a
produção de ATP a partir da quebra de moléculas de polissacarídeos,
lipídeos e proteínas se faz essencial para que a energia química seja
redistribuída em pequenos pacotes em uma forma conveniente para a
utilização na célula.
V. RESPIRAÇÃO CELULAR: PROCESSO ESSENCIAL PARA A OBTENÇÃO DE
ENERGIA
Quando falamos de respiração é normal que a primeira coisa que
você pense é no ato de inalar oxigênio. Afinal, no nosso cotidiano é
extremamente comum falar que estamos respirando. Entretanto, o termo
respiração celular não é sinônimo para respiração aeróbica na qual um
animal inspira oxigênio. A respiração celular inclui tanto o processo aeróbio
(aerobic vem do grego aer, ar, e bio, vida) como o anaérobio (o prefixo an-
significa “sem”).
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Como visto anteriormente, a produção de energia a partir da glicose
pode seguir dois processos gerais: respiração celular e fermentação.
Ambos normalmente se iniciam com a glicólise, porém seguem vias
seguintes distintas, dependendo da disponibilidade de oxigênio.
Na respiração aeróbia, o aceptor final de elétrons é o O2; na respiração
anaeróbia, o aceptor final de elétrons é uma molécula inorgânica diferente do
O2 ou, raramente, uma molécula orgânica. Se o oxigênio estiver presente no
meio, as duas próximas etapas da respiração celular acontecem: O Ciclo do
Ácido Cítrico e a Cadeia Transportadora de elétrons. A imagem 9 ilustra o
processo de respiração celular aeróbico.
Imagem 9. A respiração celular. Fonte: Respiração celular: o que é, processos, etapas,
Biologia Net, 2021.
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VI. RESPIRAÇÃO CELULAR: GLICÓLISE
A palavra glicólise é
derivada grego Glykys, doce, e
lysis, divisão. Na dieta dos
animais, uma fonte importante de
carboidrato é o amido, um
polissacarídeo de reserva que
pode ser degradado em subunidades de glicose (C6H12O6). A glicose é uma
molécula combustível que possui grande energia química armazenada nas
ligações entre os átomos que a compõem. Nessa via metabólica a molécula
de glicose é quebrada ao longo de 10 etapas de reações acopladas.
Você deve estar se perguntando o porquê de tantas etapas para
quebrar uma única molécula de glicose. O que acontece é que, ao ser
degradada passo a passo, a energia pode ser liberada em pequenos
pacotes para ativar moléculas capazes de carreá-la, ou seja, moléculas
carreadoras transportam a energia da glicose em pequenas parcelas.
Sendo assim, grande parte da energia liberada pela quebra da glicose é
preservada em ligações de alta energia de ATP e outras moléculas
carreadoras ativadas, e, por fim, disponibilizada para exercer um trabalho
útil para a célula.
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A glicólise ocorre no citoplasma celular e pode ocorrer na presença
ou na ausência de oxigênio. Há uma série de dez reações químicas, cada
uma catalisada por uma enzima diferente, que converte a glicose em
piruvato, havendo a liberação de energia na forma de ATP e de NADH
(Dinucleótido de nicotinamida e adenina), moléculas carreadora de energia.
Vimos então que as enzimas da glicólise, moléculas que catalisam,
ou seja, aceleram as reações de quebra da glicose, um açúcar de seis
carbonos, em dois açúcares de três carbonos (Imagem 10 ). Durante a
glicólise, cada molécula de glicose que passa pela série de 10 reações
enzimáticas gera um saldo de 2 moléculas de ácido pirúvico (C3H4O3), 2
NADH e 2 moléculas de ATP.
Imagem10.. Glicólise - conversão da glicose em ácido pirúvico. Fonte: TORTORA, G. J.;
FUNKE B. R.; CASE C. L. MICROBIOLOGIA, 12ª ed., 2017.
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VII. RESPIRAÇÃO CELULAR: CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO
O ciclo do ácido cítrico ou ciclo do ácido tricarboxílico recebe esse
nome devido a primeira molécula a ser formada ser o citrato. Essa via
metabólica também é comumente chamada de ciclo de krebs, em
homenagem ao bioquímico alemão que a descreveu, Hans Adolf Krebs
(1900-1981). Esse ciclo metabólico ocorre logo após a degradação,
oxidação, da glicose pela glicólise. Assim como estudamos, a glicólise
produz 2 ácidos pirúvicos que podem seguir para o ciclo do ácido cítrico.
Em eucariotos, o ácido pirúvico entra na mitocôndria e é oxidado a
um composto chamado acetil-CoA, entrando então no ciclo do ácido cítrico.
Lá, a degradação da glicose a dióxido de carbono é completada. Em
procariotos, esse processo ocorre no citosol. Aqui, a decomposição da
glicose em dióxido de carbono é completa.
Vamos estudar um pouco mais sobre essa via metabólica? O ciclo
do ácido cítrico possui oito etapas, cada uma catalisada por uma enzima
específica. Inicialmente, o ácido pirúvico reage com a coenzima A (CoA)
produzindo uma molécula de CO2, uma molécula de NADH e o acetil-CoA
que, em seguida, torna-se substrato para o ciclo do ácido cítrico. Na
primeira etapa do ciclo, o acetil-CoA formado reage com um composto
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chamado oxalacetato, dando origem ao citrato. Logo em seguida, o citrato é
degradado em 7 etapas que libera alguns compostos (Imagem 11).
Imagem 11. O ciclo de Krebs inicia-se com a entrada do acetil-CoA no ciclo, e cada
uma de suas etapas é catalisada por enzimas específicas. Fonte: Ciclo de krebs: o que
é, processos, etapas, equação, Biologia Net, 2021.
Em cada ciclo, para cada acetil-CoA, uma molécula de ADP
(Adenosina difosfato) é convertida em ATP (adenosina trifosfato); 3 NAD+
são reduzidas a NADH (nicotinamida adenina dinucleotídeo reduzido); a
FAD recebe dois elétrons e dois prótons,formando FADH2 (flavina adenina
nucleotídeo reduzido); e 2 moléculas de CO2. Considerando que cada
molécula de glicose produz dois acetil-CoA, ao final do ciclo de Krebs, terão
sido produzidos 6 NADH, 2 FADH2, 2 ATP e 4 CO2.
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Se você parar para pensar, o gás carbônico que você está
expirando neste exato momento foi produzido no interior de suas
células, mais especi�camente dentro de suas mitocôndrias em
uma etapa da respiração celular - o ciclo do ácido cítrico.
VIII. RESPIRAÇÃO CELULAR: CADEIA RESPIRATÓRIA
O próximo passo para a obtenção de uma grande quantidade de
energia para a célula é a cadeia respiratória, que também é chamada de
cadeia transportadora de elétrons e de fosforilação oxidativa (Imagem 12).
Assim como o nome diz, há várias várias moléculas, a maioria proteínas
(citocromos), dispostas em cadeia que estão incrustadas na membrana
mitocondrial interna de células eucarióticas (e da membrana plasmática de
procariotos aeróbios).
Lembra-se de todo o percurso que os átomos de carbono da glicose
fizeram ao longo da glicólise e do ciclo do ácido cítrico, discutidos
anteriormente? Então, nesse momento os elétrons removidos da glicose
são transportados pelo NADH ao “topo” dessa cadeia. Na parte “inferior” o
O2 captura esses elétrons juntamente com o hidrogênio, formando água.
(Procariotos que respiram de forma anaeróbia têm um aceptor de elétrons
no final da cadeia diferente do O2).
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Imagem 12. Cadeia respiratória. Fonte: Respiração aeróbica - Aula de biologia.
EducaBras, 2021.
Qual a importância de inalarmos o oxigênio?
Acredito que agora você saiba responder prontamente
que esse elemento químico é essencial durante a
etapa final da respiração celular - obtenção de energia
para o nosso organismo.
IX. BALANÇO ENERGÉTICO DA RESPIRAÇÃO
Agora que nós já estudamos todas as etapas da respiração celular,
vamos fazer o cálculo do quão rentável foi para a célula realizar todos
esses processos?
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X. FERMENTAÇÃO:
Você sabe o que significa o
termo fermentação? É bem provável
que você tenha contato diretamente
com produtos fermentados durante
quase todos os dias da sua vida. No
pão francês que você busca de manhã na padaria, no leite fermentado e no
iogurte que você bebe enquanto assiste televisão, no queijo fresco servido
durante o café da tarde, no combustível do automóvel que te leva até a
escola e entre diversos outros exemplos de produtos que são derivados da
fermentação.
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A fermentação é um processo anaeróbio (sem oxigênio) em que o
ácido pirúvico não segue para as mitocôndrias, ou seja, permanece no
citoplasma celular após ser produzido pela glicólise. Esse ácido pirúvico
pode ser convertido em um ou mais produtos, dependendo do tipo de
célula. Esses produtos podem incluir o álcool (etanol) e o ácido láctico.
Diferentemente da respiração, não há ciclo de Krebs ou cadeia de
transporte de elétrons na fermentação. Consequentemente, o rendimento
de ATP, que advém somente da glicólise, é bem mais baixo (2 ATP).
Em condições de atividades físicas intensas…
As células musculares humanas produzem
ATP por fermentação ácido láctica quando o
oxigênio é escasso. Isso ocorre durante a
prática intensa de exercício, quando o
fornecimento de oxigênio para o músculo não é o suficiente para realizar
a respiração celular. Sob essas condições, as células mudam da
respiração aeróbia para a fermentação. Acreditava-se que o lactato
acumulado estivesse relacionado com as causas da fadiga e da dor
muscular. Porém, em vez disso, estudos recentes sugerem que um
aumento nos níveis de íons potássio podem ser os responsáveis pela
fadiga muscular.
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Pensando a respeito das diferenças entre a fermentação e a respiração
celular
Na fermentação a glicose é degradada, na ausência de
oxigênio, em substâncias mais simples, como o ácido lático
(fermentação lática) e o álcool etílico (fermentação alcoólica). Nesses
processos, há um saldo de apenas 2 moléculas de ATP. Enquanto na
respiração celular, processo que utiliza oxigênio, a glicose é
completamente degradada, formando gás carbônico e água. A
energia liberada resulta em um saldo de aproximadamente 32
moléculas de ATP. Sendo assim, o ganho energético é maior na
respiração do que na fermentação.
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XI. FOTOSSÍNTESE
A fotossíntese, como vimos,
é o principal processo que
caracteriza os seres autotróficos.
Ela ocorre em todos os seres
clorofilados, como cianobactérias,
plantas verdes, bactérias
fotossintetizantes e alguns dos
organismos que estão incluídos no
antigo grupo dos “protistas”. Com
exceção das bactérias
fotossintetizantes, os demais seres
usam na fotossíntese o gás
carbônico (CO2) e a água (H2O),
formando carboidratos e gás
oxigênio (O2), o qual é liberado
para o meio.
A equação geral da fotossíntese dos eucariontes e das
cianobactérias é:
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Imagem 14. Equação geral da fotossíntese. Fonte: Fotossíntese: o que é, etapas e
importância, Biologia Total, 2020.
Essa equação mostra que, na presença de luz e clorofila, o gás
carbônico e a água são usados na produção da glicose, liberando água e
gás oxigênio. Agora que sabemos a equação geral da fotossíntese, vamos
estudar suas etapas.
XII. ETAPAS DA FOTOSSÍNTESE
A fotossíntese é inicialmente mostrada como uma equação geral, em
que o gás carbônico e a água formam a glicose, liberando água e gás
oxigênio. No entanto, a fotossíntese não ocorre em uma reação única,
sendo realizada por meio de várias reações intermediárias. De um modo
geral, a fotossíntese pode ser dividida em duas etapas:
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I. Etapa fotoquímica: nessa etapa, há a fotólise da água;
II. Etapa química: nessa etapa, não há participação da energia
luminosa e o gás carbônico integra o Ciclo de Calvin para a
formação da glicose;
XIII. ETAPA FOTOQUÍMICA
Na etapa fotoquímica, dois conjuntos básicos e relacionados de
reações acontecem em presença de luz: fotofosforilação e fotólise da água.
Nesse processo, participam moléculas de clorofila e outros
pigmentos acessórios (como os carotenoides), substâncias aceptoras de
elétrons e enzimas que se organizam no complexo-antena, formando dois
tipos de fotossistema: I e II.
Cada complexo-antena é capaz de captar a energia luminosa por
meio dos pigmentos fotossintetizantes e conduzi-la até um centro de
reação, onde essa energia pode ser aproveitada. Esse centro é formado
por um par especial de clorofilas a, cujas propriedades diferem das demais
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clorofilas. Quando as clorofilas do fotossistema I são excitadas pela energia
luminosa, elétrons - sob a forma de prótons H+ - saem da molécula e são
captados por uma molécula aceptora de energia já discutida aqui, o NADP+,
formando o NADPH.
Quando as clorofilas do fotossistema II são excitadas pela energia
luminosa, elétrons saem da molécula e são transferidos para uma
substância aceptora de elétrons. Essa substância logo transfere os elétrons
para outra substância, e assim por diante, formando uma cadeia de
transporte de elétrons. Entre as substâncias transportadoras estão os
citocromos. Nessas transferências entre os aceptores, os elétrons vão
liberando gradativamente a energia. Quando os elétrons passam pelo
citocromo, a energia é empregada em um processo complexo que resulta
na formação de ATP.
Os elétrons, ao chegarem no último nível de energia, passam para o
fotossistema I, que se recompõe. Já o fotossistema II fica difeciente de
elétrons, e eles são repostos pelos elétrons provenientes da fotólise da
água. A quebra da ligação da água libera oxigênio gasoso e elétrons sob a
forma de prótons H+, que irão restituir o fotossistema II.
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Portanto, ao final da etapa fotoquímica, há a liberação de O2 gasoso
e a formação de ATP, H+ e NADPH, que serão usados como fonte de
energia para a próxima etapa: a etapa química.
XIV. ETAPA QUÍMICA
Nesta etapa ocorrem reações ligadas à fixação do carbono presente
no CO2. Essas reações ocorrem no estroma dos cloroplastos e, apesar de
não dependerem diretamente da luz,dependem das reações da fase
fotoquímica, pois precisam do ATP, do NADPH e dos H+ formados na
presença de luz.
Na etapa química, o CO2 participa de uma série de reações que
ocorrem no chamado Ciclo das Pentoses (açúcares de cinco carbonos na
molécula), elucidado na década de 1940 por Melvin Calvin com a
participação de Adam Benson. Devido a esse fato, o ciclo é também
denominado como Ciclo de Calvin ou Ciclo de Calvin-Benson.
De um modo geral, o gás carbônico entra no Ciclo de Calvin e se
une a um composto de cinco carbonos, já existente no estroma dos
cloroplastos, denominado ribulose bifosfato (RuBP), formando duas
moléculas de fosfoglicerato (PGA), de três carbonos. Esse processo é
denominado como fixação do carbono, e é catalisado pela enzima rubisco,
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a mais abundante do planeta. Em seguida, com o fornecimento de energia
de moléculas de ATP e a ação do NADPH, forma-se a partir do PGA o
gliceraldeído fosfato (PGAL), que também tem três carbonos. O PGAL será
utilizado para a síntese da glicose e outros carboidratos.
Os carboidratos produzidos na fotossíntese suprem a planta com a
energia química e o carbono necessários para sintetizar outras moléculas
orgânicas, como aminoácidos e ácidos graxos.
Imagem 15. Etapas da fotossíntese e sua localização no cloroplasto. Fonte: Fotossíntese:
o que é, etapas e importância, Biologia Total, 2020.
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XV. A RELAÇÃO ENTRE A RESPIRAÇÃO E A FOTOSSÍNTESE
Como vimos anteriormente, a fotossíntese e a respiração celular são
processos que se complementam e são interdependentes. A fotossíntese,
realizada por seres autotróficos, é indispensável para a síntese de
moléculas de moléculas orgânicas e para a liberação de oxigênio no meio.
Por outro lado, a respiração celular é responsável por degradar as
moléculas orgânicas e liberar gás carbônico. O gás carbônico liberado pela
respiração é utilizado pela fotossíntese, enquanto que o oxigênio liberado
pela fotossíntese e as moléculas orgânicas sintetizadas são os precursores
da respiração celular. Portanto, os processos se inter-relacionam.
Imagem 16. Fluxo de energia e reciclagem química nos ecossistemas. A energia flui para
dentro de um ecossistema como luz solar e fundamentalmente sai como calor, ao passo
que os elementos químicos essenciais para vida são reciclados. Fonte: CAMPBELL et al.,
Biologia de Campbell. 10ª ed., 2015.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CAMPBELL, N. A; Reece, J. B.; Urry, L.A.; Cain, M. L.; Wassermann, S. A.; Minor, P. V.;
Jackson, R. B. Biologia de Campbell. 10ª ed. Porto Alegre: Artmed, 2015.
Ciclo de krebs: o que é, processos, etapas, equação, Biologia Net, 2021. Disponível em:
https://www.biologianet.com/biologia-celular/ciclo-de-krebs.htm. Acesso em: 10 jun 2021.
LEHNINGER, T. M., NELSON, D. L. & COX, M. M. Princípios de Bioquímica. 6ª Edição,
2014.
LOPES, S.; ROSSO, S. BIO: volume único. 3. ed. São Paulo: Saraiva, 2013. 783 p.
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https://sites.usp.br/lbbp/wp-content/uploads/sites/464/2019/03/AMN-Metabolismo.pdf.
Acesso em: 10 jun 2021.
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TORTORA, G.J.; FUNKE, B.R.; CASE, C.L. MICROBIOLOGIA, 12ª Ed. Artmed, 2017.
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