Unidade I - Tema 3 - Os Seres Vivos e suas Características 1 - Explique de forma resumida como se formaram os Coacervados

 

Unidade I - Tema 3 - Os Seres Vivos e suas Características

 

1 - Explique de forma resumida como se formaram os Coacervados.

Os Coacervados provalvemente surgiram no mar, como já sabemos os coacervado é um aglomerado de moléculas protéicas envolvidas por água em sua forma mais simples. Relata a história da biologia que a moléculas tenham sido as primeiras formas de vida a surgir na Terra. Essas moléculas foram envolvidas pela água devido ao potencial de ionização presente em alguma de suas partes.  A Teoria de Oparin diz que existiam coacervados formados de diversas maneiras. Os mais instáveis quebraram e se desfizeram. Outros se uniram de outras formas e a moléculas inorgânicas, formando coacervados complexos. É possível que em algumas desses milhares de combinações que podem ter ocorrido, alguns coacervados tenham se tornado mais estável.  Ao mesmo tempo, formou-se no oceano um caldo quente composto por coacervados e outros tipos de matéria orgânica, assim como substâncias inorgânicas. Isso possibilitou a sobrevivência dos coacevados, que precisavam de energia inicialmente obtida dos raios ultravioleta e descargas elétricas e posteriormente passou a ser obtida de forma bioquímica (açúcares, matéria orgânica em geral). Inicialmente, os coacervados eram circundados por uma membrana de estrutura simples. Porém com o passar do tempo, progressivamente essa membrana foi tornando-se especializada, tornando possível um controle melhor da entrada e saída de substâncias. Coacervado (Stephen J. Dick, “The Biological Universe”, 1999, pg.340).

 

2. Qual o principal fator para se afirmar que o primeiro ser vivo era heterotrófico?

 

De acordo com a teoria heterotrófica a existência de moléculas orgânicas constituindo uma verdadeira “sopa” orgânica nos mares primitivos pode ter servido como fonte de alimento para esses primeiros organismos heterótrofos. A hipótese heterotrófica atualmente é a teoria que melhor explica a origem da vida.   Ela sugere que um ser muito simples, partindo de uma matéria não-viva, se desenvolve gradualmente.  Esta teoria se difere da geração espontânea, pois a mesma apresentava a idéia de que estes seres surgiam da matéria não-viva á todo momento, enquanto a hipótese heterotrófica afirma que este acontecimento ocorreu apenas uma única vez a milhões de anos atrás.  Veja no esquema a baixo as etapas da origem da vida conforme a hipótese heterotrófica:

 

FORMAÇÃO DE AMINOÁCIDOS;

FORMAÇÃO DE PROTEÍNES;

FORMAÇÃO DE COACERVADOS;

OBTENÇÃO DE ENERGIA;

CAPACIDADE DE REPRODUÇÃO;

APARECIMENTO DE AUTÓTROFOS;

PREDOMÍNIO DE AUTÓTROFOS;

APARECIMENTO DE AERÓBIOS.

 

3. Qual a composição química básica de todos os seres vivos?

 

Toda matéria existente no universo é composta por átomos ao quais são formados por prótons, nêutrons e elétrons. Composição química é o conjunto de moléculas dos elementos químicos constituintes de certa substância. A matéria que forma os seres vivos é constituída por átomos, assim, como as entidades não-vivas. Isso significa que a matéria viva está sujeita às mesmas leis naturais que regem o universo conhecido. Na matéria viva, porem, certos tipos de elemento químico sempre está presentes em proporção diferente que da matéria não viva.  Os átomos formam as moléculas, que formam os genes, que por sua vez formam o DNA, que se deteriora depois da morte. Esta é a composição básica do DNA. Todo ser vivo possui, em sua matéria, os seguintes elementos químicos: carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O), nitrogênio (N), fósforo (P) e enxofre (S), que ao lado de outros elementos que aparecem em menor escala, formam substâncias complexas que constituem os seres vivos, denominados compostos orgânicos, como os carboidratos, as proteínas, os lipídios, as vitaminas e os ácidos nucléicos. Exemplificando os seres vivos são constituídos de compostos orgânicos e inorgânicos, diferentes dos seres não vivos, que apenas apresentam hum ou dois compostos inorgânicos em sua formação.  Um dos compostos a exemplo.

 

SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS: São estruturas simples e com poucos átomos. Ex.: H2O e sais minerais. H2O: solvente universal.  Funções principais: Solvente de líquidos corpóreos; Meio de transporte de moléculas; Regulação térmica; Ação lubrificante; Reações de hidrólise; Matéria prima para a realização da fotossíntese. SAIS MINERAIS: atua na regulação do equilíbrio corporal. Macronutrientes: o corpo precisa em quantidades acima de 100 mg/dia. Ex.: Fosfato de cálcio – rigidez dos ossos. Micronutrientes: o corpo precisa em quantidades abaixo de 100 mg /dia. Ex: Iodo – para o bom funcionamento da tireóide. Ferro – constituição da hemoglobina. Etc. etc.

 

4. Como se distribuem os seres vivos quanto à nutrição? Explique cada tipo.

 

Os seres vivos se distribuem em duas formas básicas de nutrição existentes na natureza: autotrófica e heterotrófica.  

 

AUTOTRÓFICA: Autotrofismo ou autotrofia (grego trofein, alimentar-se), em biologia, é o nome dado à qualidade do ser vivo de produzir seu próprio alimento a partir da fixação de dióxido de carbono, por meio de fotossíntese ou quimiossíntese. É o oposto de heterotrofismo. Os seres vivos com essa característica são chamados de autótrofos ou autotróficos. Estão entre eles bactérias (Cyanobacteria), protistas (algas), e plantas. Os animais e os fungos são heterótrofos. HETEROTÓFICA: Heterotrofismo ou heterotrofia, em biologia, é o nome dado à qualidade do ser vivo que não possui a capacidade de produzir glicose a partir da fotossíntese (CO2+H2O+Energia Luminosa ----resulta em---- O2+Glicose) e por isso se alimenta de outros seres vivos autótrofos, direta ou indiretamente. É o contrário de autotrofismo.

 

5. Qual o principal fator de diferenciação entre reprodução sexuada e reprodução assexuada?

 

“Diferença que em uma situação não existe a necessidade de permuta ou complementação de genes, e em outra se impõe a complementação. Reprodução, em biologia, refere-se à função através da qual os seres vivos produzem descendentes, dando continuidade à sua espécie. Todos os organismos vivos resultam da reprodução a partir de organismos vivos pré-existentes, ao contrário do postulado pela teoria da geração espontânea. Os métodos conhecidos de reprodução podem agrupar-se, genericamente, em dois tipos: reprodução assexuada e reprodução sexuada. No primeiro caso, um indivíduo reproduz-se sem que exista a necessidade de qualquer partilha de material genético entre organismos. A divisão de uma célula em duas é um exemplo comum, ainda que o processo não se limite a organismos unicelulares. A maior parte das plantas tem a capacidade de se reproduzir assexuadamente, tal como alguns animais (ainda que seja menos comum). A reprodução sexuada implica a partilha de material genético, geralmente providenciado por organismos da mesma espécie classificados geralmente de "macho e fêmea” como no caso dos seres humanos. Nas bactérias e, em geral, em muitos seres unicelulares de sexo indiferenciado, duas células aparentemente iguais conjugam-se e combinam o seu material genético, continuando as duas células a viver independentemente. Em muitas espécies de fungos, geralmente haplóides, as hifas de dois "indivíduos" conjugam-se para formar uma estrutura onde, em células especiais, se dão a conjugação dos núcleos e, posteriormente, a meiose, para produzir esporos novamente haplóides que vão dar origem a novos "indivíduos". Noutros casos, são libertadas células sexuais iguais e móveis, os isogametas, que se conjugam (REFERENCIA DE PESQUISA: “Reprodução – a continuidade da vida” no site ClickBio em br.geocities.com acessado a 27 de fevereiro de 2012. Halliday, Tim R. Kraig Adler (eds.). Reptiles & Amphibians. [S.l.]: Torstar Books, 1986. 101 p. ISBN 0-920269-81-8. Savage, Thomas F. (12 de Setembro, 2005). A Guide to the Recognition of Parthenogenesis in Incubated Turkey Eggs. Oregon State University. Página visitada em 2006-10-11. "Female Sharks Can Reproduce Alone, Researchers Find", Washington Post, 23 de Maio, 2007; Page A02. ORR, H. Allen; OTTO, Sarah P., Does Diploidy Increase the Rate of Adaptation?, 1993)

 

6. Descreva como ocorre o processo de Seleção Natural.

 

Seleção natural é um processo da evolução proposto por Charles Darwin para explicar a adaptação e especialização dos seres vivos conforme evidenciado pelo registro fóssil. Outros mecanismos de evolução incluem deriva genética fluxo gênico e pressão de mutação.  O conceito básico de seleção natural é que características favoráveis que são hereditárias tornam-se mais comuns em gerações sucessivas de uma população de organismos que se reproduzem. Com características desfavoráveis que são hereditárias tornam-se menos comuns. A seleção natural age no fenótipo, ou nas características observáveis de um organismo, de tal forma que indivíduos com fenótipos favoráveis têm mais chances de sobreviver e se reproduzir do que aqueles com fenótipos menos favoráveis. Se esses fenótipos apresentam uma base genética, então o genótipo associado com o fenótipo favorável terá sua freqüência aumentada na geração seguinte. Com o passar do tempo, esse processo pode resultar em adaptações que especializarão organismos em nichos ecológicos particulares e pode resultar na emergência de novas espécies.  A seleção natural não distingue entre seleção ecológica e seleção sexual, na medida em que ela se refere às características, por exemplo, destreza de movimento, nas quais ambas podem atuar simultaneamente. Se uma variação específica torna o descendente que a manifesta mais apto à sobrevivência e à reprodução bem sucedida, esse descendente e sua prole terão mais chances de sobreviver do que os descendentes sem essa variação. As características originais, bem como as variações que são inadequadas dentro do ponto de vista da adaptação, deverão desaparecer conforme os descendentes que as possuem sejam substituídos pelos parentes mais bem sucedidos. Assim, certas características são preservadas devido à vantagem seletiva que conferem a seus portadores, permitindo que um indivíduo deixe mais descendente que os indivíduos sem essas características. Eventualmente, através de várias interações desses processos, os organismos podem acabar desenvolvendo características adaptativas mais e mais complexas (Referência bibliográfica: Falconer DS & Mackay TFC (1996) Introduction to Quantitative Genetics Addison Wesley Longman, Harlow, Essex, UK ISBN 0-582-24302-5. Darwin C (1859) On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life John Murray, London; modern reprint Charles Darwin, Julian Huxley. The Origin of Species. [S.l.]: Signet Classics, 2003. ISBN 0-451-52906-5 Published online at The complete work of Charles Darwin online: On the origin of species by means of natural selection, or the preservation of favoured races in the struggle for life. Works employing or describing this usage: Endler JA (1986). Natural Selection in the Wild. Princeton, New Jersey: Princeton University Press. ISBN 0-691-00057-3. Williams GC (1966). Adaptation and Natural Selection. Oxford University Press. Works employing or describing this usage: Lande R & Arnold SJ (1983) The measurement of selection on correlated characters. Evolution 37:1210-26 Futuyma DJ (2005) Evolution. Sinauer Associates, Inc., Sunderland, Massachusetts. ISBN 0-87893-187-2 Haldane, J.B.S. 1953. The measurement of natural selection. Proceedings of the 9th International Congress of Genetics. 1: 480-487. Sober E (1984; 1993) The Nature of Selection: Evolutionary Theory in Philosophical Focus University of Chicago Press ISBN 0-226-76748-5)

 

7. Enumere duas características que você considera importantes para a manutenção da vida e descreva cada uma delas.

 

Reprodução e Nutrição. Um dos problemas principais que os organismos vivos tiveram que resolver ao longo do processo evolutivo para tentarem "perpetuar" a espécie foi a da sobrevivência de um número suficiente de descendentes. Para além de eventuais situações de falta de alimentos e da predação, é necessário pensar que os recém-nascidos são geralmente muito mais sensíveis que os adultos às variações do meio ambiente, como a temperatura, ventos, correntes oceânicas, etc. As formas como os organismos resolveram esses problemas designam-se de estratégias reprodutivas. Em geral, os animais "concentraram" as suas atenções na proteção dos óvulos, dos embriões ou das crias. As plantas especializaram-se nas formas de disseminação dos produtos sexuais.  Nutrição é um processo biológico em que os organismos (animais e vegetais), utilizando-se de alimentos, assimilam nutrientes para a realização de suas funções vitais.

Unidade I - Tema 4 - A Vida a Nível Celular

 

1. Cite a principal diferença entre células procariotas e eucariotas e dê exemplos dos dois tipos de células.

As células são a menor unidade estrutural e funcional de vivo e podem ser procariotas ou eucariotas. De forma genérica, todas elas possuem membrana plasmática, estrutura esta que dá forma, protege e seleciona a entrada e saída de substâncias pela célula; citoplasma, região fluida na qual ocorre a maioria dos processos metabólicos e produção de diversas substâncias; e material genético, onde estão registradas instruções que controlam o funcionamento celular.  Células procarióticas são mais simples que as eucarióticas. Nestas, o DNA não está envolto por uma membrana, não há núcleo definido pela carioteca (membrana nuclear) e podemos encontrar ribossomos dispersos no citoplasma, organelas estas responsáveis pela síntese protéica. Moléculas circulantes de DNA, os plasmídios, também podem ser encontradas. Externamente à membrana plasmática destas células, há a parede celular. Indivíduos procarióticos são unicelulares, sendo estes: as bactérias, cianofíceas, micoplasmas, rickéttsias e clamídias. Alguns destes indivíduos, como as cianofíceas, apresentam pigmentos responsáveis pela fotossíntese. Células eucarióticas possuem maior tamanho e complexidade, a começar pelo núcleo individualizado, envolvido pela carioteca. Seu citoplasma é interconectado por uma rede de tubos e canais membranosos e é onde, além de ribossomos, também são encontradas mitocôndrias, retículo endoplasmático granuloso e não granuloso complexo golgiense, lisossomos, peroxissomos, centríolos, dentre outras organelas. Exemplos de indivíduos eucariotas: animais, vegetais, fungos e protozoários. Uma célula eucariótica possui verdadeiro núcleo, (núcleo definido e protegido pelo envoltório nuclear) que contém um ou mais nucléolos. É constituída por muitas organelas citoplasmáticas, ao contrário das células procarióticas. E podem ser animais ou vegetais. As células procarióticas são relativamente simples (comparativamente às eucarióticas) e são as que se encontram nas bactérias e cianófitas ("algas" azuis ou cianobactérias). Procariotos são organismos unicelulares.

 

 

2. Explique como surgiram as organelas citoplasmáticas?

 

O surgimento de células eucariontes provém da hipótese de que uma célula procariótica teria sofrido modificações evolutivas. Com a invaginação de membranas; acúmulo de enzimas em compartimentos individualizados, com diferentes composições químicas e funções químicas, surgiram as ORGANELAS CITOPLASMÁTICAS. Enfim, a necessidade de adaptação a Terra primitiva fez com que surgissem seres mais especializados.  Organelas Citoplasmáticas: A célula animal cumpre todas as funções vitais da vida como o metabolismo, o anabolismo, a respiração, a reprodução e a capacidade de reagir às modificações do meio-ambiente. A célula animal possui três partes funcionalmente distinta: membrana (ou parede externa), citoplasma e núcleo.  A membrana plasmática que envolve qualquer tipo de célula, seja animal ou vegetal, é composta segundo modelo de Singer e Nicholson por grandes moléculas protéicas que podem atravessar toda a membrana e pequenas moléculas de lípides (gorduras), sendo, portanto uma membrana lipoprotéica. A membrana tem uma função de semi-permeabilidade sendo que as moléculas protéicas cumprem o papel de enzimas que fazem o transporte ativo de substâncias. Para o funcionamento da célula se faz necessária a presença de energia. A organela responsável por obter energia para a célula é a mitocôndria. A mitocôndria possui uma membrana externa lisa e lipoprotéica. Internamente ela possui uma membrana lipoprotéica que possui dobras chamadas cristas mitocondriais que estão envolvidas num gel composto por proteínas, água e sais minerais. A respiração celular consiste em obter energia através do alimento da célula, quase sempre a glicose, em presença de oxigênio.  O complexo de Golgi é formado por uma série de bolsas, sáculos achatados e vesículas que fazem o armazenamento e a secreção de substâncias que são produzidas pela célula. Cada conjunto de sáculos achatados é chamado de dictiossomos. Quase sempre o complexo de Golgi une o núcleo e citoplasma a um pólo excretor da célula. O retículo endoplasmático é encontrado na célula na forma lisa e rugosa. O retículo endoplasmático rugoso, assim chamado pela presença de ribossomos, tem a função de fazer a síntese de proteínas. Os canais do retículo endoplasmático encaminham as substâncias para o complexo de Golgi para posterior excreção.  Presente somente em células animais, os lisossomos são compostos por uma membrana lipo-protéica externa e enzimas digestivas internas. O lisossomo é responsável pela “quebra” dos alimentos, ou seja, a digestão intracelular. O conjunto de pequenos túbulos utilizados na divisão celular é chamado de centríolo, presente somente nas células animais. Durante a divisão celular os centríolos formam o fuso acromático que encaminham os cromossomos para as células filhas. Os centríolos também formam cílios e flagelos que possibilitam a locomoção de células e substâncias através de seus movimentos. O núcleo, que comanda todas as atividades celulares, possui a carioteca, uma membrana porosa que permite a passagem de substâncias do carioplasma para o citoplasma e vice-versa. Dentro do núcleo temos o nucléolo (um núcleo dentro do núcleo) que faz o armazenamento de RNA ribossômica que é matéria prima para a síntese de ribossomos. Quanto maior o metabolismo de síntese de proteína de uma célula, maior será o nucléolo.

RESUMO:

MEMBRANA PLASMÁTICA – LIPOPROTÉICA.

MITOCÔNDRIA – RESPIRAÇÃO CELULAR.

LISOSSOMOS – DIGESTÃO INTRACELULAR.

COMPLEXO DE GOLGI – ARMAZENAMENTO E SECREÇÃO.

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO – TRANSPORTE.

RIBOSSOMOS – SÍNTESE PROTÉICA.

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO RUGOSO OU ERGASTOPLASMA – SÍNTESE DE PROTEÍNAS.

CENTRÍOLOS – DIVISÃO CELULAR E COORDENAÇÃO DE CÍLIOS E FLAGELOS.

CÉLULA VEGETAL:

MEMBRANA CELULÓSICA (PAREDE CELULAR) – SUSTENTAÇÃO.

PLASTOS – ARMAZENAMENTO DE SUBSTÂNCIAS NÃO SOLÚVEIS EM ÁGUA.

CLOROPLASTOS – FOTOSSÍNTESE.

COMPLEXO DE GOLGI – FRAGMENTADO (DICTIOSSOMOS).

3. Analisando suas características responda qual a célula mais evoluída: procariota ou eucariota?   

 

Eucariota, eucarionte, eukaryota ou eukaria é a denominação de uma unidade de classificação da Taxonomia (VIDE) ou um táxon (VIDE), chamada de Domínio ou Império. Nesta unidade de classificação (táxon) estão incluídos todos os seres vivos com células que tenham um núcleo celular, separado do citoplasma, chamadas células eucarióticas. Os seres eucariotas variam desde organismos unicelulares até gigantescos organismos multicelulares. Como têm a mesma origem celular são, por isso, todos agrupados nesta mesma hierarquia taxonômica. Este termo vem do grego: eu = verdadeiro + karyon = núcleo.  As únicas formas de vida que não fazem parte do Domínio eucariota são as bactérias (que possuem células procarióticas) e os vírus (que são seres acelulados). 

 

 

 

 

Unidade I - Tema 5 - Seres Vivos e Energia.

1. Discuta a importância da molécula de glicose nos processos de obtenção de energia pelos seres vivos.

Umas das principais características do ser humano é a curiosidade, a necessidade de descobrir os segredos da natureza, e muitas das vezes até copiá-los. Para alcançar esse objetivo o homem se utiliza de experimentos que simulam os fenômenos naturais, para isso ele necessita deter um conhecimento da Ciência natural (Química, Física, Biologia). A respiração celular (anaeróbica e aeróbica) tem como substrato inicial moléculas de glicose, pois estas possuem energia nas ligações de carbono que constituem a molécula. Todos sabem que buscamos glicose através da alimentação, e que está é metabolizada pelo organismo onde a energia contida nas ligações de carbono é transferida para molécula de ATP, (molécula da qual o organismo consegue utilizar/retirar a energia para seu funcionamento). RESUMO: O nome Glucose veio do grego glykys (γλυκ? ς), que significa "doce", mais o sufixo - ose, indicativo de açúcar. Tem função de fornecedor de energia, participa das vias metabólicas, além de ser precursora de outras importantes moléculas.  A glicose, glucose ou dextrose, um monossacarídeo, é o carboidrato mais importante na biologia. As células a usam como fonte de energia e intermediário metabólico. A glucose é um dos principais produtos da fotossíntese inicia a respiração celular em procariontese eucariontes. É um cristal sólido de sabor adocicado, de formula molecular C6H12O6, encontrado na natureza na forma livre ou combinada. Juntamente com a frutose a galactose, é o carboidrato fundamental de carboidratos maiores, como sacarose e maltose. Amido e celulose são polímeros de glucose.  A glicose, glucose ou dextrose, um monossacarídeo, é o carboidrato mais importante na biologia. As células a usam como fonte de energia e intermediário metabólico. A glucose é um dos principais produtos da fotossíntese inicia a respiração celular em procariontese eucariontes. É um cristal sólido de sabor adocicado, de formula molecular C6H12O6, encontrado na natureza na forma livre ou combinada. Juntamente com a frutose e a galactose, é o carboidrato fundamental de carboidratos maiores, como sacarose e maltose. Amido e celulose são polímeros de glucose. É encontrada nas uvas e em vários frutos. Industrialmente é obtida a partir do amido. No metabolismo, a glucose é uma das principais fontes de energia e fornece 4 calorias de energia por grama. A glucose hidratada (como no soro glicosado) fornece 3,4 calorias por grama. Sua degradação química durante o processo de respiração celular dá origem a energia química (armazenada em moléculas de ATP- aproximadamente 30 moléculas de ATP por moléculas de glucose), gás carbônico e água.  Apresenta formula minima: CH2O.

REFERENCIA:    CRC Handbook of Chemistry and Physics, 90. Auflage, CRC Press, Boca Raton, Florida, 2009, ISBN 978-1-4200-9084-0, Section 3, Physical Constants of Organic Compounds, p. 3-268.  Registro de CAS RN 50-99-7na Base de Dados de Substâncias GESTIS do IFA, accessado em 29 de Março de 2008 Catálogo da companhia Carl Roth Glicose, acessado em {{{Data}}} PubChemGabriela Cabral, Brasil Escola, Glicose, site do Portal R7

2. Comente quais as etapas da respiração aeróbica e qual a produção de ATP na respiração aeróbica e na fermentação.

A respiração aeróbica é um conjunto de reações bioquímicas em que o oxigênio é um aceptor final de elétrons e ao longo do qual a energia de moléculas orgânicas é, em parte, transferida para moléculas de ATP. Organelas responsáveis: mitocôndrias em paralelo com o sistema golgiense. Os tecidos vivos libertam dióxido de carbono gasoso que resulta da reação de descarboxilação de metabolitos por ação de enzimas especificas - as descarboxilases. Simultaneamente, ocorrem reações de oxidação por desidrogenação. As desidrogenasses catalisam a desidrogenação do substrato que fica assim oxidado. A presença desse hidrogênio pode ser detectada experimentalmente, utilizando uma substância que facilmente se combine com ele, como o azul-de-metileno. O azul-de-metileno pode encontrar-se sob duas formas: oxidado (cor azul) e reduzido (incolor). Durante a respiração os compostos orgânicos, nomeadamente a glicose, são oxidados, sendo o hidrogênio recebido por um aceptor, que neste processo experimental irá ser o azul-de-metileno. Nas condições naturais da célula viva, o oxigênio desempenha a função do azul-de-metileno na experiência, ou seja, é o aceptor do hidrogênio, formando com ele água. Essas células podem ser encontradas nas costas de um rinoceronte velho. Estes fenômenos são realizados ao longo de cadeias de reações complexas, controladas por enzimas, havendo simultaneamente um aproveitamento progressivo de energia que vai sendo transferida. Trifosfato de adenosina, adenosina trifosfato ou simplesmente ATP, é um nucleotídeo responsável pelo armazenamento de energia em suas ligações químicas. É constituído por adenosina, um nucleotídeo, associado a três radicais fosfatos conectados em cadeia. A energia é armazenada nas ligações entre os fosfatos. O ATP armazena energia proveniente da respiração celulare da fotossíntese, para consumo imediato. A molécula atua como uma moeda celular, ou seja, é uma forma conveniente da transformação da energia. Esta energia pode ser utilizada em diversos processos biológicos, tais como o transporte ativo de moléculas, síntese e secreção de substâncias, locomoção e divisão celular, entre outros. Não pode ser estocado, seu uso é imediato, energia pode ser estocados na forma de carboidratose lipídios. As principais formas de produção do ATP são a fosforilaçãooxidativa e a fotofosforilação. Um radical fosfato inorgânico (Pi) é adicionado a uma molécula de ADP (adenosina difosfato), utilizando energia proveniente da decomposição da glicose (na fosforilação oxidativa) ou da luz (na fotofosforilação). Existem enzimas especializadas no rompimento desta mesma ligação, liberando fosfato e energia, usada nos processos celulares, gerando novamente moléculas de ADP. Em certas ocasiões, o ATP é degradado até sua forma mais simples, o AMP (adenosina monofosfato), liberando dois fosfatos e uma quantidade maior de energia. Estima-se que o corpo humano adulto produza o próprio peso em ATP a cada 24 horas, porém consumindo outros tantos no mesmo período. Se a energia gerada na queima da glicose não fosse armazenada em moléculas de ATP, provavelmente as células seriam rapidamente destruídas pelo calor gerado (Törnroth-Horsefield S, Neutze R. (December 2008). "Opening and closing the metabolite gate". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 (50): 19565–6. DOI: 10.1073/pnas. 0810654106. PMID 19073922.).

ETAPAS DA RESPIRAÇÃO AERÓBICA.

Empós ao breve comentário apresento o resumo das etapas da respiração aeróbica.

Etapas:

1 - Glicolíse: é o conjunto de reações iniciais da degradação da glicose, semelhantes em todos os tipos de fermentação e na respiração aeróbia. Tem início com a ativação da glicose, que recebe dois grupos fosfato, fornecidos pelo ATP, que se transforma em ADP.

2 - Ciclo de Krebs: decorre na matriz da mitocôndria e consiste numa série de reações complexas de descarboxilações e desidrogenações. Recebe o nome do bioquímico inglês que esclareceu o seu mecanismo em 1938. Inicia-se com a combinação do grupo acetil com o ácido oxalacético, originando ácido cítrico. Este se isomeriza transformando-se em ácido isocítrico. A sua desidrogenação origina ácido oxalsuccínico e os átomos de hidrogênio reduzem o NADP a NADPH2. Uma descarboxilação liberta dióxido de carbono e forma ácido cetoglutárico. Este é novamente descarboxilado e desidrogenizado, originando ácido succínico e GTP (guanosina trifosfato, equivalente ao ATP) e reduzindo NAD a NADH2. A desidrogenação transforma o ácido succínico em fumárico, com redução do FAD a FADH2. Este ácido reage com a água e forma ácido málico, que desidrogenizado recupera o ácido oxalacético, reduzindo NAD a NADH2. Note-se que, por cada molécula de glicose decorrem 2 ciclos de Krebs, pois se formam 2 moléculas de ácido pirúvico no fim da glicólise;

3 - Cadeia respiratória: decorre na membrana interna da mitocôndria e consiste na transferência de 12 átomos de hidrogênio, libertados durante a oxidação da glicose, para o oxigênio. Esta transferência forma água e liberta energia. Em condições não celulares a libertação de energia seria explosiva, mas este mecanismo gradual permite que esta seja utilizada. Cada conjunto completo de moléculas receptoras intermédias de hidrogênio (por vezes apenas o seu electrão, ficando o protão em solução) designa-se, então, cadeia respiratória. Além das moléculas de NAD e FAD, já referidas anteriormente, são fundamentais nesta cadeia os citocromos. De cada vez que um electrão é transferido há libertação de energia, mas apenas se forma ATP quando a energia é superior a 10000 calorias. Por vezes, a energia é suficiente para formar mais que uma molécula de ATP, mas apenas uma é sintetizada. O oxigênio, aceptador final de electrões, fica carregado negativamente e combina-se com os protões em solução, originando água.

4 - Oxidações do ácido pirúvico - decorre ainda no citoplasma e produz acetilcoenzima A. Inicia-se aqui a diferença entre a fermentação e a respiração aeróbia, pois o ácido pirúvico vai ser descarboxilado (liberta uma molécula de dióxido de carbono) e transforma-se em ácido acético. Este é desidrogenado (liberta hidrogênio que reduz NAD a NADH2) e combina-se com a coenzima A, formando acetilcoenzima A. O grupo acetil da acetilcoenzima A será transferido para o interior da mitocôndria, onde decorrem as etapas seguintes do processo.

3. Quais os tipos de fermentação estudados?

Basicamente podemos especificar os seguintes tipos de fermentação:

Fermentação alcoólica;

Fermentação Láctica;

Fermentação acética.

Fermentação alcoólica.

É realizada por leveduras; o ácido pirúvico é convertido em etanol e CO2 em duas etapas: 1ª - O ácido pirúvico é descarboxilado e forma-se acetaldeído; 2ª - O acetaldeído é reduzido pelo NADH a etanol.

Utilização na Produção de Alimentos.

Pão.

- A fermentação é realizada pela levedura Saccharomyces cerevisiae e a temperatura favorável é de 27ºC.

- O amido da farinha é hidrolisado em açúcares simples e posteriormente transformado em CO2 e etanol. O CO2 é o produto desejado, uma vez que faz crescer a massa, dando ao pão uma textura porosa.

- A fermentação inicia-se com a adição das leveduras (fermento de padeiro) e termina quando o calor do forno as mata. O calor provoca a expansão do gás, a evaporação do álcool e dá estrutura ao pão.

Vinho.

- A fermentação do açúcar de uvas é realizada por leveduras, principalmente do tipo Saccharomyces cerevisiae, que existem na casca das uvas.

- As uvas são colhidas, esmagadas e tratadas com compostos de enxofre, que inibem o crescimento de microorganismos competidores das leveduras. As uvas esmagadas formam o mosto, que inicialmente é mexido para provocar a aerificação e o crescimento das leveduras; posteriormente, é deixado em repouso, o que cria condições anaeróbias favoráveis à fermentação.

- O CO2 liberta-se para a atmosfera no decurso da fermentação (o vinho ferve) e a concentração de etanol, que é o produto desejado, vai aumentando. O etanol torna-se tóxico para as leveduras quando atinge uma concentração de cerca de 12% e a fermentação termina.

Cerveja.

- São fabricados com malte (grãos de cevada germinados e secos), outros materiais ricos em amido (como arroz, milho ou sorgo), lúpulo, água e leveduras das espécies Saccharomyces cerevisiae ou Saccharomyces carlsbergensis.

- Antes de iniciar a fermentação provoca-se a sacarificação (produção de açucares simples a partir do amido) na mistura de cereais. Durante a fermentação, as leveduras convertem os açucares em etanol e CO2 e pequenas quantidades de glicerol e ácido acético. O CO2 é libertado e o álcool atinge uma concentração de cerca de 3,8% do volume.

- Após a fermentação, a cerveja é armazenada durante alguns meses, durante os quais ocorre a precipitação de leveduras, proteínas e outras substâncias indesejáveis. Por fim, a cerveja é carbonatada, clarificada, filtrada e engarrafada.

Fermentação Láctica.

O ácido pirúvico é diretamente reduzido a ácido láctico pelo NADH; a fermentação homoláctica produz grandes quantidades de ácido láctico; a fermentação heteroláctica leva à produção de outras substâncias, para além do ácido láctico, como CO2, etanol e ácido acético.

Utilização na Produção de Alimentos.

Queijo.

Vários tipos de queijo são produzidos por fermentação levada a cabo por diferentes espécies de bactérias pertencentes aos gêneros Propionibacterium, Lactobacillus, Streptococcus e Leuconostoc, em culturas puras ou mistas. As bactérias produzem ácido láctico e outras substâncias que contribuem para o aroma. Aumento da acidez provoca a coagulação das proteínas do leite.

Iogurte.

Produzido por uma cultura mista de Lactobacillus bulgaricus e Streptococcus termophilus.

Fermentação acética.

É assim designada devido às características do produto obtido, no entanto, não é uma fermentação, mas uma oxidação.

Utilização na Produção de Alimentos.

Vinagre.

-É obtido a partir de materiais contendo açúcar ou amido, como sumo de fruta, vinho ou cereais.

- A sua produção compreende duas etapas:

1ª – Fermentação do açúcar que é convertido em etanol – processo anaeróbio realizado por leveduras.

2ª – Oxidação do etanol a ácido acético. Reação aeróbia realizada por bactérias acéticas dos gêneros Acetobacter e Glucanobacter.

4. Estabeleça comparação entre glicólise e ciclo de Krebs em relação à produção de energia.

Glicólise é a seqüência metabólica composta por um conjunto de dez reações catalizadas por enzimas livres no citosol, na qual a glicose é oxidada produzindo duas moléculas de piruvato, duas moléculas de ATP e dois equivalentes reduzidos de NADH+, que serão introduzidos na cadeia respiratória ou na fermentação.   A glicólise é uma das principais rotas para geração de ATP nas células e está presente em todos os tipos de tecidos.  A importância da glicólise em nossa economia energética é relacionada com a disponibilidade de glicose no sangue, assim como com a habilidade da glicose gerar ATP tanto na presença quanto na ausência de oxigênio. A glicose é o principal carboidrato em nossa dieta e é o açúcar que circula no sangue para assegurar que todas as células tenham suporte energético contínuo. O cérebro utiliza quase exclusivamente glicose como combustível. A oxidação de glicose a piruvato gera ATP pela fosforização (a transferência de fosfato de intermediários de alta energia da via do ADP) a nível de substrato e NADH. Subseqüentemente, piruvato pode ser oxidado a CO2 no ciclo de Krebs e ATP gerado pela transferência de elétrons ao oxigênio na fosforização oxidativa. Entretanto, se o piruvato e o NADH gerados na glicólise forem convertidos a lactato (glicólise anaeróbica), ATP pode ser gerado na ausência de oxigênio, através da fosforização a nível de substrato.  REFERENCIA:   David L Nelson e Michael M Cox. Lehninger Principles of Biochemistry. USA: Worth Publishers, 2000. ISBN 1-57259-153-6   Michael Lieberman e Allan D Marks. Mark's Basic Medical Biochemistry: a clinical approach. USA: Lippincott Williams & Wilkins, 2009. ISBN 078177022x

A Glicólise tem uma seqüência:

Fase 1: Preparação, regulação e gasto de energia.

Reação 1: hexoquinase.

Reação 2: fosfoexose-isomerase.

Reação 3: fosfofrutoquinase.

Reação 4: aldolase.

Reação 5: triosefosfato isomerase.

Fase 2: Produção de ATP e oxidação.

Reação 6: Triose fosfato desidrogenase.

Reação 7: Fosfoglicerocinase.

Reação 8: Fosfogliceromutase.

Reação 9: enolase.

Reação 10: piruvato cinase.

Após a glicólise.

Ciclo de Krebs (ou ciclo do ácido cítrico).

Para o ciclo de a glicose interagir com o ciclo de Krebs, há uma reação intermediária a qual se transforma o Piruvato em Acetil-CoA. Nesta etapa, ocorre a entrada de NAD e CoA-SH. O Piruvato gerado na glicólise sofre desidrogenação (oxidação) e descarboxilação catalisado pelo complexo Piruvato desidrogenase. Durante essas reações, é adicionada a coenzima A (CoA). Desta forma, a partir de cada piruvato, produz-se um acetil-CoA. Esta etapa é fundamental, principalmente no fígado, que regula a glicemia no sangue, pois é irreversível. O piruvato pode ser transformado novamente em glicose, através do gasto de energia, num processo chamado gliconeogênese, processo essencial para manutenção do nível mínimo de glicose no corpo, sem o quais certos tecidos morreriam, por não realizarem o ciclo de Krebs. Uma vez transformado em acetil-CoA, não há como gerar glicose novamente, sendo este acetil-CoA usado para produzir energia (com oxigênio), corpos cetônicos, gordura, colesterol ou isoprenóides.  Quando usado para produzir energia, o acetil-CoA vai para o ciclo de Krebs, onde será oxidado, produzindo CO2, água e GTP (energia). Os produtos da oxidação são oxidados pelo oxigênio na Fosforização oxidativa, gerando ainda mais energia. Somado com a glicólise, são produzidos 38 ATP por molécula de açúcar.

Fermentação Anaeróbica em caso de hipoxia. A fermentação ocorre quando, após a glicólise, não é realizado o ciclo de Krebs, porque o organismo em questão não o possui ou porque esta via está bloqueada, como durante a hipóxia (falta de oxigênio). Em ambos os casos, a glicólise gasta NAD+ e produz NADH. Como a quantidade de NADH na célula é limitada, este deve ser regenerado a NAD+. Para isso, alguma molécula deve receber estes elétrons que o NADH carrega. Na respiração aeróbica, o oxigênio recebe estes elétrons, mas na ausência de oxigênio, o produto da glicose piruvato ou seus derivados, recebem estes elétrons. No caso do ser humano, outros animais e algumas bactérias, a ausência de oxigênio suficiente leva a reação do NADH com o piruvato, gerando NAD+ e ácido láctico (Fermentação láctica). No caso das leveduras e bactérias do gênero Zymonas, ocorre a Fermentação alcoólica: o piruvato é descarboxilado, gerando acetaldeído, através da enzima piruvato descarboxilase (ausente em animais), e o NADH reduz o acetaldeído, produzindo NAD+ e etanol (como nos processos fermentativos do pão, dos vinhos e das cervejas). Alguns microorganismos fermentam produzindo outras variadas substâncias, como nos estudos de Chaim Weizmann, primeiro presidente de Israel (produzindo acetona), ou usando outros aceptores de elétrons que não o oxigênio, como nitrato, sulfato, íons férricos, etc.