BIOLOGIA
DANI MARTINS
FUNDAMENTOS DA BIOENERGÉTICA
A fotossíntese converte a energia luminosa em energia química de moléculas orgânicas a energia química pode ser estocada e utilizada posteriormente. Determinados seres vivos, como certas bactérias que participam do ciclo do nitrogênio, podem sintetizar moléculas orgânicas utilizando a energia liberada na oxidação de compostos inorgânicos. Esse processo denomina-se quimiossíntese.
ATP: energia em trânsito
A célula pode transferir energia para as moléculas de ATP (adenosina-trifosfato ou trifosfato de adenosina). Na realização de trabalho celular, a energia vem da hidrólise do ATP, que resulta em ADP (adenosina-difosfato) e fosfato inorgânico (Pi). A incorporação de um fosfato inorgânico ao ADP chama-se fosforilação. Se a energia vier da luz chama-se fotofosforilação, se vier da degradação de moléculas orgânicas, com o consumo de oxigênio, trata-se da fosforilação oxidativa.
A FOTOSSÍNTESE - CÉLULAS E A ENERGIA LUMINOSA
O processo fotossintético ocorre, nos eucariontes, no interior dos cloroplastos. Os cloroplastos são delimitados por uma dupla membrana lipoprotéica e preenchidos por uma substância gelatinosa denominada estroma. Dentro do cloroplasto, há sacos membranosos discoidais denominados tilacóides, onde encontramos a clorofila. Os tilacóides formam pilhas, cada uma das quais é um granum (plural grana), unidas entre si por lamelas.
IMPORTANTE: As cianobactérias são procariontes, por isso realizam a fotossíntese no citoplasma.
Graças a clorofila a energia luminosa é captada e transformada em energia química, contida nas moléculas de glicose, as quais podem ser empregadas como fonte de energia ou com matéria prima na síntese de outras moléculas orgânicas.
A clorofila absorve bem a luz azul e a vermelha, mas não a luz verde
Ao ser excitada pela energia luminosa, a clorofila tem elétrons de tal forma energizados que são arremessados para fora da molécula, esses elétrons liberam gradativamente a energia captada, que a célula utiliza na produção de ATP, ligando ADP a um grupo fosfato.
Nos tilacóides, moléculas de água são decompostas num processo conhecido como fotólise da água (quebra pela luz) ou reação de Hill.
Os prótons H+, associados aos elétrons ricos em energia, ligam-se a uma molécula transportadora ou aceptora NADP+ (nicotinamina adenina dinucleotídeo fosfato). A fotólise da água produz ainda oxigênio (O2), que é liberado. A base da fotossíntese é a decomposição da água pela energia luminosa: átomos de hidrogênio são empregados no enriquecimento energético do CO2, utilizado na síntese das moléculas orgânicas, como a glicose.
NOTA: As bactérias sulfurosas usam outro doador de hidrogênio, o sulfeto de hidrogênio (H2S), e liberam enxofre em vez de oxigênio.
O ATP e os compostos que recolhem átomos de hidrogênio energizados são empregados pela célula vegetal na fabricação de glicose. Com a energia do ATP, átomos de carbono do CO2 formam um esqueleto carbônico ao qual se ligam outros átomos, inclusive os de hidrogênio ricos em energia. Dessa forma a glicose é produzida.
AS ETAPAS DA FOTOSSÍNTESE
a) Etapa fotoquímica ou fase clara
Consiste em uma série de reações que ocorrem na região dos tilacóides. Incluem a fotofosforilação cíclica e fotofosforilação acíclica. A etapa fotoquímica produz:
* ATP
* NADPH2
* Oxigênio O2
Observe a fotofosforilação Cíclica
Observe a fotofosforilação Acíclica
NOTA: Todo o oxigênio liberado na fotossíntese provém da água na fosforilação acíclica.
b) Etapa Química
É conhecida como a fase escura da fotossíntese, embora ocorra também na presença de luz. Essa fase recebe esse nome por não ser diretamente dependente da energia luminosa. Entretanto é dependente de NADPH2 e ATP, gerados na fase clara. Na etapa química, o carbono entra, na forma de CO2, no ciclo de Calvin, que ocorre no estroma dos cloroplastos. O NADPH2 entra como redutor, isto é, como fornecedor de átomos de hidrogênios ricos em energia, o ATP é um fornecedor suplementar de energia.
O cilo de Calvin não produz glicose, mas um composto com três átomos de carbono, o gliceraldeido-3-fosfato (PGAL), precursor utilizado pela célula na produção de glicose e de outras moléculas orgânicas.
FATORES LIMITANTES DA FOTOSSÍNTESE
A) INTENSIDADE LUMINOSA: A luz é fator determinante do processo fotossintético, uma planta em completa escuridão não realiza fotossíntese. Conforme a disponibilidade de luz aumenta a taxa de fotossíntese também aumenta. A partir de um determinado ponto, na intensidade luminosa, a taxa de fotossíntese é estabilizada, pois o mecanismo fotossintético das células está saturado e não comporta mais um aumento na produção.
Observe o gráfico:
PCF - Ponto de compensação fótica (luminosa)
É a intensidade luminosa em que as taxas de fotossíntese se equivalem as taxas de respiração aeróbica, a quantidade de O2 produzido na fotossíntese é consumida na respiração aeróbica celular, e a quantidade de CO2 eliminada na respiração celular é gasta na fotossíntese.
B) CONCENTRAÇÃO DE CO2: A incorporação do carbono proveniente do CO2 em matéria orgânica é realizada por enzimas. Se todas elas estiverem com os seus centros ativos ocupados por substratos, não há como incorporar quantidades adicionais de carbono. Em concentrações de CO2 superiores ao ponto assinalado no gráfico, a quantidade desse gás deixa de ser fator determinante da fotossíntese.
C) TEMPERATURA: Como toda a atividade enzimática, a fotossíntese é influenciada pela temperatura. Para cada planta há uma temperatura ótima, onde a fotossíntese é máxima. A temperatura ótima pode variar conforma a adaptação da planta ao clima.
RESPIRAÇÃO CELULAR (AERÓBICA)
Processo de responsabilidade das mitocôndrias nos eucariontes, nos procariontes a respiração ocorre no citosol. A respiração celular é um processo aeróbico que tem como objetivo máximo a regeneração de moléculas de ATP (energia). Para que a célula tenha energia para regenerar o ATP necessita oxidar a molécula de glicose. Então a glicose que entra na célula é degradada gerando CO2 e H2O e regenerando ATP's.
Esse processo ocorre em três etapas:
a) GLICÓLISE: quebra da glicose em dois piruvatos nesse processo ocorre a produção líquida de 2 ATP's e a produção de 2 NADH + H+
Local de Ocorrência: Hialoplasma ou citosol
b) CICLO DE KREBS: ocorre uma série de reações onde o ácido cítrico é regenerado a partir da entrada de uma molécula de acetil-CoA (coenzima A). Nessa série de reações ocorre a produção de 2 ATP's (GTP), a liberação de 8 NADH + H+ e a liberação de 6CO2 tudo isso por cada molécula de Glicose que é degradada.
c) CADEIA RESPIRATÓRIA OU FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA: Como vimos, foram liberados quatro hidrogênios durante a glicólise, que foram capturados por duas moléculas de NADH2. Na reação de cada ácido pirúvico com a coenzima A formam-se mais duas moléculas de NADH2. No ciclo de Krebs, dos oito hidrogênios liberados, seis se combinam com três moléculas de NAD, formando três moléculas de NADH2, e dois se combinam com um outro aceptor, o FAD, formando uma molécula de FADH2.
Através de sofisticados métodos de rastreamento de substâncias, os bioquímicos demonstraram que os hidrogênios liberados na degradação das moléculas orgânicas e capturados pelos aceptores acabam por se combinar com átomos de oxigênio provenientes do O2 atmosférico. Dessa combinação resultam moléculas de água.
Antes de reagirem como o O2, porém, os hidrogênios, percorrem uma longa e complexa trajetória, na qual se combinam sucessivamente com diversas substâncias aceptoras intermediárias. Ao final dessa trajetória, os hidrogênios se encontram seus parceiros definitivos, os átomos de oxigênio do O2. Esse conjunto de substâncias transportadoras de hidrogênio constitui a cadeia respiratória.
A RESPIRAÇÃO ANAERÓBICA (FERMENTAÇÃO)
Em determinadas células ou determinados organismos a obtenção de energia ocorre por processos anaeróbicos, onde não ocorre a participação do oxigênio O2 .
Os processos de fermentação não fornecem a mesma quantidade de energia, por molécula de glicose degradada, que a respiração aeróbica.
A fermentação pode liberar CO2, que faz a massa de pães e bolos crescer. Muitos dos fermentos usados na indústria contêm enzimas que participam da fermentação. Esse tipo de fermentação produz CO2 e etanol (ou álcool etílico), que evapora nos fornos. Tal processo - também chamado fermentação etílica ou alcoólica - também é utilizado na produção de etanol, de vinho e de outras bebidas alcoólicas. Na realidade a fermentação ocupa apenas uma pequena porcentagem da energia dos açúcares.
Na produção de coalhada, iogurte e queijo a lactose do leite é fermentada por microrganismos, originando ácido láctico, que torna o leite ácido, essa é a fermentação láctica, que não libera CO2. A fermentação lética pode acontecer durante um grande esforço físico, quando a demanda de ATP das células musculares aumenta bastante. Se a respiração aeróbica não produzir ATP suficiente, as células passam a executar, além dela, a fermentação láctica. O acúmulo de ácido láctico é responsável por cãibras, fadiga e dores musculares que sentimos após exercício intenso. Alguns microrganismos produzem ácido acético, na chamada fermentação acética, que produz vinagre.
Os tipos de fermentação:
a) Fermentação alcoólica
b) Fermentação Láctica
c) fermentação Acética
