Respiração e Fermentação

Biologia – Geologia (10º ano)

Escola Secundária c/ 3º ciclo D. Manuel I

Transformação e utilização de energiapelos seres vivos

by Ana Kastro

Fermentação Respiração celular

by Ana Kastro

Transformação e utilização de energia pelos seres vivos

Todos os seres vivos precisam de energia para sobreviver…!

A partir da M.O. (glucose e outros)

que obtêm por si mesmos (seforem produtores) ou queconseguem a partir da

ingestão de outros seres deníveis tróficos inferiores!

by Ana Kastro


A ENERGIA QUE SE ENCONTRA NAS LIGAÇÕES QUÍMICAS DAGLICOSE NÃO PODE SER USADA DIRECTAMENTE PELAS

CÉLULAS!!!

SÓ O ATP É UMAFONTE DE ENERGIABIOLOGICAMENTE

ÚTIL!

by Ana Kastro


Por isso é que muitas célulasarmazenam amido (nas plantas) eglicogénio (nos animais), polímeros

de glucose! Assim, e quandonecessitarem de obtenção deainda mais ATP’s catabolizam

estas moléculas!!!

Uma célula activanecessita de milhares demoléculas de ATP por

segundo!!!!

amiloplastos

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Obtêm glucose por autotrofismo

Obtêm

glucose porheterotrofismo

O “combustível” mais comum para as células é porisso a glicose (C6H12O6) que pode ser obtida porautotrofismo ou por heterotrofismo! ELA TERÁ DE

SER DEGRADADA PARA QUE SE OBTENHAENERGIA (sob a forma de ATP)!

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Conjunto de reacções químicas que ocorrem nas células

Moléculas complexas transformam-seem mais simples. Objectivo? Obter

energia, excretando depois o que nãointeressa!

Moléculas simples transformam-se em mais complexas.Objectivo? Regenerar e manter tecidos e compostos.

Usam a energia proveniente das reacções catabólicas!

R. EXOENERGÉTICA R. ENDOENERGÉTICA

by Ana Kastro


by Ana Kastro


A digestão é um conjunto dereacções catabólicas!

A fotossíntese é um conjunto de reacçõesanabólicas!

by Ana Kastro


by Ana Kastro


GLUCOSE

Por vezes CO2 ;H2O e outros

Liberta-se energia (que é captadapara sintetizar ATP ou então

“escapa-se” sob a forma de calor -ajudando a manter a temperatura

corporal…)

Neste processo onde ocorrem reacções de oxidação-redução comandadas por enzimas, intervém moléculas

transportadora de electrões e de protões (H+)

oxidadoreduzido

oxidadoreduzido

NAD+ = DINUCLEÓTIDO DENICOTINAMIDA-ADENINA

FAD = DINUCLEÓTIDO DEFLAVINA-ADENINA

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GLUCOSE

O2

CO2

Outros

ATP E CALOR

by Ana Kastro


O objectivo de qualquer ser vivo será o de conseguirdegradar/oxidar a glucose a fim de obter energia sob a

forma de ATP!

RESPIRAÇÃOCELULAR

FERMENTAÇÃO

Processos catabólicos de degradação de umcomposto orgânico – a glucose!

Ausência de O2

A glucose não é completamente degradada – no fimobtém-se compostos que ainda têm energia potencial

química!A glucose é completamente degradada

Presença de O2

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No início da segunda metade doséculo XIX, Louis Pasteur realizou umvasto conjunto de experiências no

sentido de compreender o processofermentativo realizado por

leveduras. Elas degradam glucosede forma a que obtenham energia!

As leveduras são fungos unicelularesque se multiplicam rapidamente em

condições favoráveis. Sãoheterotróficos por absorção

Saccharomyces cerevesiae

ESTES SERES SÃO USADOS NOFABRICO DE VÁRIOS ALIMENTOS:

pão, vinho, cerveja…

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… uma experiência…

Nota: O CO2 “turva” a água de cal

by Ana Kastro


… os resultados.

Pág. 171do manual

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Só ocorre na ausência de O2 (é realizada por seres anaeróbios – sobrevivem sem O2)

É um conjunto de reacções químicas realizadas por enzimas.

Só sobrevivem na ausência deoxigénio- realizam sempre

fermentação

Sobrevivem na ausência mas também napresença de oxigénio- realizam

fermentação ou respiração aeróbia,respectivamente. Ex: leveduras

Catabolismo da glucose para obtenção de energia

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Só ocorre na ausência de O2 (é realizada por seres anaeróbios – sobrevivem semO2)

É um conjunto de reacções químicas realizadas por enzimas.

Há diferentes tipos de fermentação (consoante o que se obtém no final doprocesso)

Ocorre no hialoplasma das células (bactérias, alguns fungos ealgumas células eucarióticas, como as musculares) (material de consistênciagelatinosa que forma o citoplasma):

Envolve duas etapas:

Degradação da glucose em ácido pirúvico / piruvato

Transformação do ácido pirúvico / piruvato nosvários produtos finais


Pág. 173 do manual

by Ana Kastro



by Ana Kastro


GLICÓLISE1 GLICOSE

(6 carbonos)

dá origem

2 Ácido Pirúvico ouPiruvato(3 carbonos)

Durante este processo (e porcada molécula de glicose)

forma-se:2 Piruvato 2 NADH formam-se 4 ATP’s gastam-se 2 ATP’s

SALDO2 ATP’s

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REDUÇÃO DO PIRUVATOAs 2 moléculas de NADH formadas durante a glicólise vão ceder H+ e electrões a cada piruvato!!!

(e voltamos a ficar com NAD+)

… originando 2 moléculas deácido láctico!

FERMENTAÇÃOLÁCTEA

-Importante na indústria láctea-(produção de queijo, iogurte)

- Pode ocorrer em bactérias e nas nossas células musculares,quando o esforço físico é tanto que deixa de existir oxigénio

disponível para essas células . Estas partem então para oprocesso de fermentação (pois precisam de ATP – forma-seácido láctico que se acumula provocando as famosas dores

musculares!!!

Ocorre primeiro a perda de carbono sob aforma de 2 moléculas de CO2, formando-se

aldeído acético.

FERMENTAÇÃOALCOÓLICA

-Importante na indústria alimentar(produção de pão, vinho, cerveja)

Processo usado pelas leveduras (fungos unicelulares)

O aldeído acético é a molécula quevai ser reduzida (receber e-),

formando 2 de álcool etílico

É a presença deuma enzima em

particular, adescarboxilase(capaz de “retirar”carbonos), que

condiciona o tipode fermentação

que irá ocorrer…

by Ana Kastro


OCORRE LIBERTAÇÃODE CO2

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NÃO OCORRELIBERTAÇÃO DE CO2

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PRODUÇÃO DE VINHO

Na casca da uva existem leveduras (ao pisar as uvas, estas são libertadas e iniciam o seuprocesso de fermentação – quebrar a glucose da uva para obterem energia para si! Nestaetapa, a temperatura ambiental é controlada bem como o contacto com o ar que deve ser

evitado (para que não exista O2 no meio e o processo fermentativo decorra normalmente)! Asleveduras farão fermentação alcoólica, produzindo etanol (é o álcool do vinho), e CO2 que é

libertado para a atmosfera (espuma da imagem)! Há medida que os dias passam, a glucose nomeio é cada vez menor e o teor em álcool crescente acaba por matar as próprias leveduras!!!

by Ana Kastro


Saccharomyces cerevisiae

by Ana Kastro


PRODUÇÃO DE CERVEJA

O processo de produção de cerveja é semelhante ao do vinho – no entanto, em vez de uvas, sãousados açúcares contidos em cereais (como a cevada). Estes ao serem catabolizados pelas

leveduras, originam etanol!

Saccharomyces cerevisiae ecarlsbergensis

by Ana Kastro


PRODUÇÃO DE PÃO

A farinha da qual é feita o pão contém amido. Este é transformado em açúcares mais simples(glucose)! O fermento que se usa nas padarias contém as leveduras!!! Estas irão degradar a

glucose da farinha. Durante o processo, estas vão produzindo CO2 que faz aumentar a massa (epor vezes deixa aqueles buracos no pão) e etanol (o qual evapora). É o calor do forno que mata

as leveduras!!!

Saccharomyces cerevisiae

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PRODUÇÃO DE IOGURTE

São bactérias as responsáveis pela fermentação láctica do leite, transformando a lactose (açúcardo leite) em ácido láctico! Este faz diminuir o ph do iogurte e, por isso, este torna-se mais

resistente à contaminação por microorganismos maléficos ! Quando comemos um iogurte estamosa ingerir aquelas bactérias (elas são benéficas!). O queijo produz-se por um processo semelhante!

Streptococcus

Lactobacillus

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Este tipo de fermentação pode ocorrer nas células musculares, em casode esfoço físico intenso (geram-se condições de anaerobiose!)A1

A1 Ana; 03-05-2011

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… MAS QUER OÁLCOOL ETÍLICO QUER

O ÁCIDO LÁCTICOAINDA CONTÊM MUITAENERGIA QUÍMICA …

… no entanto, o processo defermentação já terminou. É

pouco rentável – só seformam 2 ATPS’s (durante aglicólise) e os produtos finaisficam por degradar/oxidar!

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As células desteanimal têm de ter

capacidade de obtergrandes quantidadesde energia – não será

certamente porfermentação (saldo de

2 míseros ATP’s!)

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Processo muito mais rentável em termos energéticos do que a fermentação – há

produção de mais ATP! A glucose é totalmente degradada!

Processo que, por ser mais rentável, permite uma actividade muito mais dinâmicaaos organismos que o utilizam (Acynonix jubatus)

Ocorre obrigatoriamente na presença de O2

Processo que ocorre nas mitocôndrias das células

Compreende quatro etapas

1 - GLICÓLISE

2 – FORMAÇÃO DEACETIL-COENZIMA A

3 – CICLO DE KREBS

4 – CADEIA RESPIRATÓRIA /TRANSPORTADORA DE

ELECTRÕES

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AS MITOCÔNDRIAS TÊMUMA MEMBRANA

DUPLA(com a mesma composição que as

restantes membranas: duplacamada fosfolipídica, etc…).

Distingue-se num mitocôndria:

- Membrana externa

- Membrana interna (que seprojecta para o interiorformando as cristasmitocondriais)

- Matriz: espaço delimitadopela membrana interna

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1 - GLICÓLISEO início da respiração celular ocorre no hialoplasma com uma primeira

fase que é idêntica à que ocorre na fermentação – GLICÓLISE!

1 GLICOSE(6 carbonos)

dá origem

2 Ácido Pirúvico ou Piruvato(3 carbonos)

Durante este processo (e por cadamolécula de glicose) forma-se:2 Piruvato 2 NADH formam-se 4 ATP’s gastam-se 2 ATP’s

SALDO2 ATP’s

As restantes etapas da respiraçãoaeróbia irão “pegar” no piruvato e

convertê-lo em CO2, H2O e ATP!

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1 - GLICÓLISE

by Ana Kastro


2 – FORMAÇÃO DE ACETIL-COENZIMA A

Ocorre na matriz mitocondrial e durante esta fase não são produzidos ATP’s

O piruvato que se formou durante a glicólise entra no mitocôndria e sofredescarboxilação (perde átomos de carbono – são libertados pela célula) e também H+ e e-

São aceites pelamolélula de NAD+

que agora setransforma em NADH!

O piruvato transforma-se numoutro composto chamado….

ACETIL-COENZIMA A

1 Ácido Pirúvico 1 acetil CO-A 1 NADH 1 CO2

P.S – não esquecer que naglicólise foram produzidos 2!!!!

SALDO 2 acetil CO-A 2 NADH 2 CO2

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2 – FORMAÇÃO DE ACETIL-COENZIMA A

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Ocorre na matriz mitocondrial e durante esta fase será usada a acetil CO-A

Conjunto de reacções de descarboxilações e de perda de H+ (desidrogenações)

1 Acetil CO_A 1 FADH2 3 NADH 2 CO2 1 ATP

P.S – não esquecer que por cadaglicólise forma-se 2 piruvatos ecada um deles origina 1 acetil

CO-A

No final do ciclo de Krebs (apósdecorrerem todas estas reacções):

SALDO2 FADH2 6NADH 4 CO2 2 ATP

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4 – CADEIA RESPIRATÓRIA / TRANSPORTADORA DE ELECTRÕES

Ocorre nas cristas mitocondriais e é agora que “entra em acção” o O2 !!!

”Tudo o que é” NADH e FADH2 irá ser usado nesta fase (e são regenerados NAD+ e FAD)

Estas moléculas irão transferir os e- que transportamatravés de uma cadeia transportadora de electrões

que envolve várias moléculas que vão sendosucessivamente oxidadas-reduzidas!

o último aceptor de e- é o O2 )!!!!

Os H+ ficam na matriz e irão ligar-se ao O2 queentretanto recebeu electrões

½ O2 + 2H+ + 2e- H20

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4 – CADEIA RESPIRATÓRIA / TRANSPORTADORA DE ELECTRÕES

Diz-se, nesta fase, queocorre umafosforilação

oxidativa pois o ATPformou-se devido a

uma série de reacçõesde oxidação-redução!

by Ana Kastro


4 – CADEIA RESPIRATÓRIA / TRANSPORTADORA DE ELECTRÕESPor cada NADH

usado

Por cada FADH2

usado

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GLICÓLISE4 ATP + 2 NADH – 2 ATP → 2 ATP + 2 NADH

CICLO DE KREBS2 x (3 NADH + 1 FADH2 + 1 ATP) → 6 NADH + 2 FADH2 + 2 ATP

CADEIA RESPIRATÓRIA2 NADH da glicólise → 6 ATP2 NADH da Formação da Acetil Co-A → 66 NADH do ciclo de Krebs → 18 ATP 34 ATP2 FADH2 do ciclo de Krebs → 4 ATP

34 + 2 + 2 = 38 ATP’S

Por vezes, os NADH formados naglicólise rendem apenas 2 ATP’s ou

alguns NADH’s são perdidos – no finalo balanço será de 36 ATP’s

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Neste processo metabólico alguma energia é perdida sob a forma de calor, pelo que arespiração aeróbia tem uma taxa de rendimento energético de cerca de 40%!

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by Ana Kastro


RESPIRAÇÃO AERÓBIAFERMENTAÇÃO

O aceitador final dos electrões éuma molécula orgânica

Ocorre na ausência de O2

A degradação da glicose éincompleta (obtêm-se menosenergia/ATP)

Os produtos finais dependem dotipo de fermentação que ocorrer

Ocorre em bactérias, alguns fungos e nas células musculares

O aceitador final dos electrões é umamolécula inorgânica (oxigénio)

Ocorre na presença de O2

A degradação da glicose é completa(obtêm-se mais energia/ATP)

Os produtos finais são a H2O e o CO2

Ocorre na maioria das células eucarióticas

AMBOS OS PROCESSOS PARTILHAM UMA ETAPA EM COMUM (Glicólise);EM AMBOS OCORREM REACÇÕES DE OXIDAÇÃO-REDUÇÃO E AMBOS

CONSTITUEM VIAS METABÓLICAS DE PRODUÇÃO DE ENERGIA!

by Ana Kastro


A fotossíntese usa CO2 para produzir glicose elibertar O2; a respiração celular usa O2 paradegradar a glucose, obter energia e libertarCO2 – são processos praticamente inversos!

by Ana Kastro


Durante a noite o processo fotossintético é bloqueado – nãoocorrem as reacção de fase fotoquímica e, por isso, o ciclo deCalvin não ocorre (produz-se menos glicose e liberta-se menos

O2). No entanto as células continuam a realizar respiração celularlogo irá ocorrer libertação de CO2.

FOTOSSÍNTESEFOTOSSÍNTESE vsvs RESPIRAÇÃO CELULARRESPIRAÇÃO CELULAR

by Ana Kastro


- Para que serve o tubo 3 (só apresenta água de cal)?

- Qual dos tubos irá apresentar água de cal turva? …É O TUBO DE CONTROLE…

O 1 (as células estão vivas, realizam respiração aeróbia e produzem CO2 que irá turvar a água.Em 2 as células musculares estarão mortas…)

by Ana Kastro


Opção B

by Ana Kastro


Opção A

A 1ª e 4ª frase são correctas

by Ana Kastro


Opção C

by Ana Kastro


Opção C

Opção C

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Respiração e Fermentação

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