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BBIIOOLLOOGGIIAA EENNEERRGGÉÉTTIICCAA

INTRODUÇÃO

Ao conjunto de reações químicas que ocorrem em uma célula ou em organismos denomina-se METABOLISMO.

O metabolismo envolve milhares de diferentes reações catalisadas por enzimas. As vias metabólicas, no entanto, são poucas e idênticas na maioria das formas de vida.

Destacaremos a maneira pela qual os seres vivos obtém energia. As reações metabólicas podem ser classificadas em dois tipos fundamentais: síntese e

degradação . Reações de síntese são aquelas em que moléculas menores são reunidas para formar moléculas mais complexas. Reações de degradação são aquelas em que moléculas complexas são quebradas, transformando-se em compostos menores.

TIPOS DE REAÇÕES

A. ENDOTÉRMICAS E EXOTÉRMICAS

Endotérmicas - são reações que absorvem energia, portanto, o produto da reação é mais energético do que os reagentes.

Exemplo: Síntese de glicose na célula autótrofa. Exotérmicas - são reações que liberam energia. Portanto, o produto tem menos energia que os

reagentes. Exemplo: Combustão da glicose.

B. AS REAÇÕES DE OXIDORREDUÇÃO

A transferência de elétrons ou íons hidrogênio entre moléculas também podem liberar energia. Quando uma substância perde elétrons ou íons se oxida. Ao contrário, quando ganha, diz-se que

se reduziu. São substâncias transportadoras de elétrons e íons (H+): 1. NAD (Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo) NAD + 2H+ NADH2

Forma oxidada Forma reduzida 2. FAD (Flavina Adenina Dinucleotídeo) FAD +2H

+ FADH2

Forma oxidada Forma reduzida 3. Citocromos substâncias transportadoras de elétrons.

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TRIFOSFATO DE ADENOSINA (ATP)

A) A célula degrada moléculas de alimento para obter energia. Essa energia é transferida para moléculas “armazenadoras”, capazes de transferi-la, mais tarde, para qualquer processo celular.

A principal substância armazenadora de energia é o ATP.

B) Constituição do ATP - são três substâncias: 1. ADENINA - base nitrogenada 2. RIBOSE-pentose 3. GRUPO FOSFATO (���

���)

O retorno do ATP a ADP, largando seu terceiro radical fosfato, permite a liberação de energia, que é utilizada na realização de algum

trabalho.

COMO AS CÉLULAS OBTÉM ENERGIA: RESPIRAÇÃO E FERMENT AÇÃO

A célula viva constantemente realiza trabalho; a energia para esse trabalho provém da transformação de combustíveis, como a glicose, em resíduos de menor teor energético. Os principais processos de transformação da glicose são a fermentação e a respiração aeróbia.

A hidrólise do ATP libera energia

prontamente utilizável para a célula e compostos menos energéticos como o ADP (adenosina

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FERMENTAÇÃO

Existem diversos tipos de fermentação, que diferem quando há variedade de subprodutos resultantes da metabolização do substrato fermentável. Analisaremos aqui a fermentação da glicose, por uma via de degradação chamada via glicolítica ou glicólise.

A fermentação, nesse contexto, é a oxidação da glicose na ausência do oxigênio. A via glicolítica começa com glicose (6C) e termina com a produção de duas moléculas de ácido

pirúvico, cada molécula de ácido pirúvico tem 3 carbonos:

Glicólise

Representação esquemática das etapas da glicólise. Note que, para iniciar o processo, são consumidas duas moléculas de ATP. Como durante o processo formam-se quatro moléculas de ATP, o rendimento líquido da glicólise é de dois ATP. Além disso, são liberados dois elétrons energizados, captados pelo NAD;

A hidrólise do ATP libera energia prontamente utilizável para a célula e compostos menos energéticos como o ADP (adenosina difosfato). 1. A fermentação produz um lucro de 2 ATP para cada

molécula de glicose oxidada. 2. A oxidação ocorre sem O2 (processo anaeróbio) 3. Ocorre na dependência de enzimas do hialoplasma. 4. O processo sofre influência do pH e da temperatura

por ser enzimático. 5. O aceptor final do hidrogênio é um subproduto da

glicose. 6. Os produtos formados ainda possuem teor

energético já que não ocorreu a oxidação total. Ex.: Álcool e ácido lático.

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TIPOS DE FERMANTAÇÃO

1) Fermentação alcoólica ou etílica - é a transformação do ácido pirúvico em álcool ou etanol. Observamos este tipo de fermentação na fabricação de bebidas fermentadas alcoólicas, como é o caso da cerveja e do vinho, por exemplo.

Exemplo de microorganismo que faz a fermentação alcoólica: o Saccharomyces cerevisae (levedura ou levedo de cerveja), este fungo decompõe a sacarose (açúcar comum), um dissacarídeo, em Glicose e Frutose. A glicose sofre quebra decompondo-se no final em duas moléculas de Acido pirúvico, que atuam como aceptores de H, dando álcool etílico e liberando CO2.

Muitas leveduras são usadas com o nome de fermento no preparo de massas para fabricação de bolos, pães e biscoitos. Durante o cozimento, o álcool etílico escapa da massa, enquanto o CO2

promove o seu crescimento. O fermento utilizado para fazer crescer a massa de pão é um tipo de fungo que realiza

fermentação alcoólica. O CO2 produzido nessa fermentação fica armazenado no interior da massa, em pequenas câmaras, fazendo-a crescer. Ao se assar a massa, as paredes dessas câmaras se enrijecem, mantendo a estrutura alveolar.

2) Fermentação lática - é a transformação do ácido pirúvico em ácido lático. Tem importância na

formação de coalhadas, iogurtes, requeijão, picles etc. Ocorre no homem quando diminui a quantidade de O2 nas fibras musculares, levando ao aparecimento de cãibras e fadiga (cansaço) muscular. Na formação de coalhada, iogurtes etc., atua uma bactéria chamada de Lactobacilius acidophylus .

Aqui, o ácido pirúvico não sofre descarboxilação e, portanto, não ocorre formação de CO2 neste tipo de fermentação.

No tecido muscular do nosso corpo, quando a atividade física é muito intensa, há insuficiência de oxigênio para manter a respiração e liberar a energia necessária.

Nesses casos, as células degradam anaerobicamente a glicose em ácido lático. Esse ácido lático pode ser acumulado nos tecidos, originando a fadiga e transformado novamente em ácido pirúvico, que continua a ser degradado pelo processo da respiração.

Outros exemplos de fermentação lática são o azedamento do leite e a produção de conservas, como picles. ATENÇÃO

As etapas iniciais das fermentações alcoólica e lática são as mesmas: Todas começam com a quebra da glicose, denominada glicólise. Essas fermentações, entretanto, diferem quanto aos produtos finais, respectivamente, o etanol (álcool etílico), e o ácido lático.

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RESPIRAÇÃO

AS MITOCÔNDRIAS

A respiração celular, na maioria dos organismos animais e vegetais, depende grandemente de um tipo de orgânulo citoplasmático denominado mitocôndria .

Classicamente, deu-se o nome de condrioma ao conjunto de mitocôndrias de uma célula. Hoje em dia, esse termo é muito pouco usado. O número de mitocôndrias numa célula é muito variável. Oscila entre algumas dezenas e várias centenas.

A observação ao ME veio demonstrar que as mitocôndrias são delimitadas por duas membranas lipoproteicas - uma externa, lisa, e outra interna, franjada, formando as cristas mitocondriais. O interior do orgânulo é preenchido por um coloide chamado matriz mitocondrial.

(A) Corte de mitocôndria mostrando as cristas mitocondriais (CR).

Está comprovado que as mitocôndrias (assim como cloroplastos) possuem no seu interior certa

quantidade de DNA, RNA e ribossomos. Isso justifica a capacidade que têm esses orgânulos de se autoduplicarem. Cada mitocôndria pode crescer, alongar-se e estrangular-se em novas mitocôndrias. E é por esse mecanismo que ocorre a renovação numérica das mitocôndrias nas células-filhas, após a divisão celular.

O PROCESSO QUÍMICO

Vimos que a respiração celular, na maioria das células animais e vegetais, depende grandemente da mitocôndria.

A respiração celular é um processo de oxidação dos alimentos, principalmente da glicose na presença do oxigênio, para a liberação de energia para o organismo. A respiração celular é, portanto, aeróbica. Através da respiração, não só a glicose, mas também os ácidos graxos e os aminoácidos podem liberar energia.

Simbolicamente, podemos representar o mecanismo pelo qual a célula extrai energia: C6H12O3 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 38 ATP (Equação simpli ficada da respiração celular)

A respiração celular é uma reação exotérmica ou exergônica, pois há liberação de energia.

No entanto, o processo não se faz assim diretamente no interior da célula. A oxidação direta da glicose pelo oxigênio acarretaria a liberação de considerável quantidade de energia de uma só vez e a célula não saberia aproveitá-la convenientemente. A maior parte dessa energia perder-se-ia fatalmente para o meio ambiente; por isso, a glicose deve ser metabolizada por etapas.

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Etapas da Respiração Celular. São elas:

1. Glicólise - ocorre no hialoplasma e em anaerobiose. 2. Ciclo de Krebs - ocorre na matriz mitocondrial e em aerobiose. 3. Cadeia respiratória - ocorre nos oxissomos que estão presos nas cristas mitocondriais e em

aerobiose.

Glicolise As enzimas de todas as etapas da glicólise se encontram no hialoplasma; e, portanto,

extramitocondrial. As etapas são idênticas às da fermentação, até o estágio que forma ácido pirúvico: são gastas

duas moléculas de ATP para quebrar ou ativar a glicose, porém são reconstruídas quatro delas, o que significa um lucro de 2 ATP para a célula (4 ATP produzidos - 2 ATP gastos na ativação).

- Ocorre, além disso, por duas vezes, remoção de hidrogênio pelo NAD. - Ocorre no hialoplasma, portanto, é extramitocondrial (vide o processo de fermentação). Toda vez que o NAD se reduz (ganhando H2 e elétrons), inicia-se uma sequência de reações que

constitui a cadeia respiratória.

Como na glicólise se formam duas

moléculas de ácido pirúvico, teremos duas cadeias respiratórias (uma para cada molécula de ácido pirúvico).

O CICLO DE KREBS

A glicólise ocorre no hialoplasma, onde são produzidas duas moléculas de ácido pirúvico, que vão entrar na mitocôndria. É dentro deste orgânulo que vão ocorrer a 2ª e 3ª etapas da respiração. Na membrana interna da mitocôndria existe um complexo enzimático, denominado PIRUVATO DESIDROGENASE. Ao passar por este complexo, o ácido pirúvico sofre uma reação química complicada, denominada descarboxilação oxidativa. Nosso interesse aqui são os produtos dessa reação. São eles ACETIL coenzima e NADH2. Uma substância que já está na mitocôndria, chamada COENZIMA A, reage com o ácido acético dando ACETIL-COENZIMA A (ou acetil-CoA).

A figura acima ajuda a compreender o que dissemos.

Os compostos intermediários e as enzimas do ciclo de KREBS estão todos no coloide que constitui a matriz mitocondrial.

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Portanto, é na matriz que vai acontecer o ciclo de Krebs. Este ciclo começa quando uma molécula de Acetil-CoA (2C) condensa-se com uma de ácido oxaloacético (4C), gerando uma molécula de ácido cítrico (6C), após a saída da coenzima A. Daí para frente, o ácido cítrico passa por mais 8 reações que culminam com regeneração do ácido oxaloacético (4C).

Só que durante cada “volta” do ciclo, são produzidos 3NADH2, 1 FADH2, e 1 ATP. Os NADH2 e o FADH2 ao doarem, indiretamente, seus hidrogênios para o O2 (3ª etapa) vão permitir a produção de muitos ATPs.

A descrição desse ciclo está resumida na figura a seguir:

A CADEIA RESPIRATÓRIA E A FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA

O fenômeno básico que acontece na chamada cadeia respiratória é a transferência dos hidrogênios do NADH2 para o oxigênio.

A reação direta entre o NADH2 e o O2 liberaria grande quantidade de energia, toda de vez, o que seria prejudicial à célula.

A estratégia celular é, então, fazer esta transferência dos hidrogênios do NADH2 para o O2 através de uma série de transportes intermediários que, ao reagirem entre si, permitem que a energia vá sendo liberada aos poucos. Em três locais da cadeia respiratória a energia liberada é suficiente para permitir a síntese de ATP a partir de ADP + P.

Portanto, a cadeia respiratória é um conjunto de substâncias transportadoras de hidrogênio (ou elétrons), que são retirados do NADH2 e repassados para o aceptor final, que é o oxigênio.

Energia liberada de uma só vez. Energia liberada em etapas.

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Os componentes da cadeia respiratória são: NAD, FAD, citocromo b, citocromo c, citocromo a, citocromo a3, e oxigênio, nesta ordem.

Os citocromos são proteínas conjugadas com um átomo de ferro ou de cobre. São estes átomos de ferro ou cobre que podem receber ou perder elétrons, reduzindo-se ou oxidando-se, respectivamente. Estes átomos não podem ligar-se a átomos de hidrogênio inteiros e, por isso, os citocromos transportam apenas elétrons.

Teoria quimiosmose de Mitchell : é a difusão de íons através de uma membrana permeável selectiva. Refere-se, de modo específico, à produção de ATP através do movimento de íons de hidrogênio através de uma membrana interna, durante a respiração celular.

Os íons hidrogénio (prótons) difundem de uma área de elevada concentração de prótons para uma área com concentração mais baixa. Peter D. Mitchell propôs que um gradiente electroquímico deste tipo poderia ser utilizado na produção de ATP, comparando o processo à osmose (difusão de água através de uma membrana).

A enzima responsável pela produção de ATP através da quimiosmose é a ATP sintase. A ATP sintase possibilita a passagem de prótons através da membrana, usando a energia cinética para fosforilar

ADP a ATP. A produção de ATP através da quimiosmose ocorre em nitocôndrias e cloroplastos.

O BALANÇO ENERGÉTICO

ETAPA OCORRÊNCIA RENDIMENTO

(em moléculas de ATP)

Glicólise Formação direta de ATP Formação de 2 NADH2 (x 3 ATP na cadeia respiratória)

2 6

Síntese de acetil-CoA

Formação de 2 NADH2 (x 3 ATP na cadeia respiratória)

6

Ciclo de Krebs

Formação direta de ATP Formação de 6 NADH2 (x 3 ATP na cadeia respiratória) Formação de 2 FADH2 (x 2 ATP na cadeia respiratória)

2 18 4

TOTAL 38

Contabilidade energética da respiração aeróbica, por molécula de glicose.

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QUADRO DIFERENCIAL ENTRE RESPIRAÇÃO AERÓBICA E FERM ANTAÇÃO

RESPIRAÇÃO AERÓBICA 1. Exige a presença de O2 para retirar os H+

liberados durante as oxidações, impedindo a acidose da célula.

2. Há formação de água como produto final. 3. Produto oxidado totalmente decomposto

em CO2 e H+, liberando muita energia. 4. Formação de grande número de moléculas

ATP que armazenam essa energia. 5. Glicólise, ciclo de Krebs e cadeia

respiratória. 6. Ocorre com a maioria dos seres vivos.

FERMENTAÇÃO 1. Não utiliza O2. Outras substâncias agem

como aceptores dos H+. 2. Não há formação de água. 3. Produto oxidado parcialmente decomposto,

não liberando toda energia disponível. 4. Formação de pequeno número de

moléculas de ATP. 5. Glicólise apenas (ácido pirúvico) se

decompõe em ácido láctico ou em álcool etílico.

6. Ocorre com algumas bactérias, leveduras e vermes intestinais.

Nos seres eucariontes, a respiração aeróbia implica a necessidade de existência das mitocôndrias

nas células, pois é nelas que se passam o ciclo de Krebs e o transporte de elétrons da cadeia respiratória. Já nos organismos procariontes, como as moneras (bactérias), que não possuem mitocôndrias, esses fenômenos transcorrem ao nível de dobras ou pregas da citomembrana voltadas para o citoplasma (os mesossomos das bactérias, por exemplo), nos quais se acumulam as enzimas necessárias àquelas reações.

FOTOSSÍNTESE

1. OS PLASTOS OU PLASTÍDEOS

Denominam-se plastos ou plastídeos certos orgânulos dispersos pelo citoplasma de quase todas as células vegetais, dotados de clorofila e com notável atuação nos mecanismos de obtenção e armazenamento de energia pelos seres autótrofos.

As células procariotas (bactérias e cianófitas), bem como as células dos fungos e as dos animais, não os apresentam.

O tamanho desses corpos é muito variável de acordo com a célula. Também o seu número varia desde um único plasto, como sucede com certas algas verdes, até várias dezenas, como se vê em células de vegetais superiores.

A. Célula de alga Spirogyra sp. com um único cloroplasto

espiralado. B. Célula de alga Zygnema sp. com dois cloroplastos estrelados. C. Célula de planta superior com numerosos cloroplastos ovóides

(na periferia, ao redor do grande vacúolo central).

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Nas plantas superiores, os plastes constumam mostrar-se como orgânulos ovóides, delimitados por duas membranas de natureza lipoprotéica, à semelhança da membrana plasmática da célula. O interior do plastídeo é preenchido por uma substância amorfa, viscosa, chamada estroma. Nas membranas acumulam-se pigmentos, que são grandemente responsáveis pelas propriedades ou funções atribuídas a estes organoides.

Os plastos são classificados em dois tipos, leucoplastos e cromoplastos ou cromatóforos. Os leucoplastos são desprovidos de cor. Mostramse brancos. Não possuem pigmentos, mas

acumulam reservas nutritivas. Conforme o tipo de substância de reserva, classificam-se em: amiloplastos (acumulam amido), proteoplastos (armazenam proteínas) e oleoplastos (ricos em lipídios). Esses plastídeos são largamente encontrados nos parênquimas incolores das raízes, das partes profundas dos caules e dos frutos.

Os cromoplastos apresentam-se repletos de pigmentação. Assim são: os xantoplastos, que

possuem um pigmento carotenóide de cor amarela – a xantofila; os eritroplastos, ricos em licopeno, pigmento vermelho, e os cloroplastos, os mais importantes de todos, cheios de clorofila, principais responsáveis pela realização de um dos mais importantes fenômenos da Biologia – a fotossíntese.

Como a estrutura interna dos cromoplastos é muito semelhante nos diversos tipos, tomaremos como exemplo um cloroplasto. Ele é delimitado por duas membranas - uma externa, que separa o seu conteúdo do citoplasma gelatinoso (hialoplasma), e uma interna, que faz pregas para o interior do orgânulo. Essas pregas ocorrem ao longo do maior eixo do cloroplasto, paralelas umas às outras, e recebem o nome de lamelas.

De espaço a espaço, as membranas das lamelas sofrem um franjamento “em sanfona”. Dessa forma, surgem empilhamentos de minúsculos sacos membranosos superpostos às lamelas. Cada saco de um pequeno empilhamento constitui um tilacoide. Ao conjunto de vários tilacoides formando uma pilha, damos o nome de granum, no singular, e grana, no plural.

O espaço interior do cloroplasto é ocupado por uma substância gelatinosa - o estroma -, rica em enzimas, hidratos de carbono e lipídios.

Nas membranas lipoproteicas das lamelas e principalmente dos tilacoides (nos grana), encontram-se em grande número as moléculas de clorofila.

Há evidências de que no interior dos cloroplastos exista uma pequena quantidade de DNA e RNA, além de ribossomos.

Isso justifica a capacidade que têm esses orgânulos de se autoduplicarem. Com o equipamento mencionado, o cloroplasto pode realizar a síntese de proteínas no seu próprio interior.

Essas proteínas são utilizadas com função estrutural na formação de novas membranas, que permitem o crescimento do orgânulo. Assim, o cloroplasto se alonga e se biparte, originando dois plastos menores, que passarão a sintetizar proteínas e, em breve, alcançarão o volume de um plasto normal.

Atenção ao infográfico na próxima pagina

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O cloroplasto é a organela-sede da fotossíntese nos eucariontes. Em seu interior ficam as moléculas de

clorofila e as diversas substâncias que participam desse processo. O tipo mais comum de clorofila, a clorofila a, apresenta uma “cabeça” formada por átomos dispostos em anel, responsável pela captação da energia luminosa, e uma “cauda” formada por uma longa cadeia carbônica.

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O que é Fotossíntese?

É uma síntese de hidratos de carbono (açúcares), a partir de CO2 e H2O na presença da luz e da clorofila, num processo endotérmico, ou endergônico, com liberação de O2. É a transformação de energia luminosa em energia química, que é armazenada nos alimentos, com liberação de O2.

A fotossíntese ocorre nos organismos que possuem a clorofila, pigmento verde encontrado nos CLOROPLASTOS, (por isso chamada de ASSIMILAÇÃO CLOROFILIANA), embora alguns organismos unicelulares possam ter clorofila sem ter cloroplastos. Para o processo ocorrer, é necessária a presença de luz, e são utilizadas suas matérias-primas de baixo teor energético e muito comuns na natureza: a água e o gás carbônico. Veja a equação:

6CO2 + 6H2O LUZ

C6H12O6 + 6O2 CLOROFILA

Note que o ponto-chave da fotossíntese está na transformação de energia luminosa (absorvida pela clorofila) em energia química presente nas ligações entre os átomos da glicose.

FATORES QUE INTERFEREM NA FOTOSSÍNTESE

A. Luz

Imprescindível para a FOTOSSÍNTESE. Veja adiante que dos espectros de luz, o vermelho é o que apresenta maior intensidade de absorção; a luz verde não é praticamente usada na fotossíntese. A luz é a parte da energia radiante que vai de 390 nm a 760 nm, a cor da luz depende do comprimento de onda.

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B. Pigmentos Fotossintetizantes

Sabe-se que a fotossíntese depende estritamente da presença de pigmentos capazes de “reter” a energia da luz e transformar essa energia luminosa em energia química. Só então, tornar-se-á possível o aproveitamento dessa energia em reações químicas que acabarão formando a glicose (matéria orgânica).

Os químicos já evidenciaram alguns tipos de clorofila e outros pigmentos acessórios (carotenoides) que atuam nesse papel. Entretanto, as clorofilas a e b são os pigmentos que exercem essa atividade, principalmente nas células dos vegetais superiores. Em algas, já se tem verificado tal atribuição pertinente a outros tipos de clorofila, como a clorofila d. Todas são muito parecidas quimicamente, mas existem pequenas diferenças na estrutura molecular e na tonalidade de verde que caracterizam todas as clorofilas.

C. Dióxido de carbono (CO 2)

Existe no ar atmosférico numa proporção de 0,03% a 0,04%. Observe no gráfico que em concentração baixa de CO2, a fotossíntese depende da quantidade de gás disponível. Por outro lado, quando há muito CO2, a velocidade da fotossíntese vai depender da intensidade luminosa. O CO2 é a fonte de carbono e oxigênio para os açúcares da fotossíntese.

Influência do dióxido de carbono

D. Temperatura

O aumento da temperatura provoca um aumento significativo da velocidade da fotossíntese, mas este aumento só se verifica até um determinado ponto. A temperatura ideal para as plantas fotossintetizarem é a temperatura das regiões de clima tropical. No gráfico,

Clorofila - é o pigmento que capta a energia luminosa em comprimentos de

onda diferentes. Os carotenoides são pigmentos que absorvem o espectro de luz verde, não muito usado pela clorofila.

Outros pigmentos podem também absorver espectros de luz. Os pigmentos carotenoides agem como fatores coadjuvantes ou acessórios da clorofila na realização da fotossíntese.

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podemos concluir que a fotossíntese consiste de pelo menos dois tipos de reações: uma influenciada pela luz (fotoquímica) e outra influenciada pela temperatura (enzimática). Influência da temperatura

E. Enzimas, sais minerais e água

Também participam da fotossíntese. As enzimas e os sais minerais agem como catalisadores; a água contribui doando o oxigênio. Convém frisar que o oxigênio que os vegetais liberam na fotossíntese provém da água.

O MECANISMO DA FOTOSSÍNTESE

A Fotossíntese realiza-se em duas etapas: Etapa Clara - depende da luz - ocorre na tilacoide Etapa Escura - independe da luz - ocorre no estroma Etapa luminosa (Clara ou Fotoquímica) Na fase luminosa da fotossíntese observamos as seguintes etapas:

1. A luz (descarga de fótons) incide sobre a molécula de clorofila. 2. Um elétron da molécula de clorofila absorve um pouco da energia da luz e fica com o seu nível

energético aumentado. Em função disso, ele se desprende da molécula de clorofila. 3. Se a molécula de clorofila considerada é do tipo clorofila a, o elétron desprendido é recolhido por

um grupo de substâncias especiais, transportadoras de elétrons passando por elas e “descarregando” aquele excesso de energia de que estava possuído. Voltando ao seu nível energético, o elétron retorna à molécula de clorofila a, de onde saiu. Mas, durante o seu trajeto, a

Os vegetais, na fotossíntese, consomem CO2 e liberam O2. Existe

um ponto em que a taxa de CO2 consumido é igual à de O2 liberado. Este ponto é chamado de PONTO DE COMPENSAÇÃO FÓTICO ou de P. DE C. LUMINOSO: A planta também respira e o faz o tempo todo. A fotossíntese é que depende da intensidade luminosa.

Então há luminosidade em que a taxa de Fotossíntese suplanta a da Respiração, mas há luminosidade em que ocorre o contrário. Quando a taxa de fotossíntese é igual à da respiração, neste ponto, o que a planta produz, ela mesma consome - é o PONTO de compensação fótico ou luminoso.

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energia por ele desprendida foi aproveitada por moléculas de ADP que puderam, então, anexar mais um radical fosfato passando à condição de ATP.

Esse fenômeno é chamado FOTOFOSFORILAÇÃO CÍCLICA. Fotofosforilação porque compreende a fosforilação do ADP a ATP à custa da energia da luz e cíclica porque o elétron que saiu da clorofila retornou a ela.

4. Se a molécula de clorofila considerada é do tipo clorofila b, o elétron desprendido, após passar pela

cadeia de transportadores de elétrons, descarregando o seu excesso de energia e permitindo a formação de novas moléculas de ATP, não retorna à clorofila, de onde partiu, mas é entregue a uma molécula de NADP (nicotinamida-adenina-dinucleotídeo fosforada), que fica, então, reduzida a NADP reduzido. Por isso, esse processo é chamado FOTOFOSFORILAÇÃO ACÍCLICA.

Na estrutura dos cloroplastos há moléculas dos dois tipos de clorofila. Portanto, repare que a fotofosforilação cíclica e a fotofosforilação acíclica ocorrem simultaneamente na fase clara ou luminosa da fotossíntese. Em ambas há a produção de ATP, mas só na segunda há a produção de NADP reduzido.

5. Agora, veja, é importantíssimo isso: durante a fase luminosa, ocorre um fenômeno paralelo que é a

fotólise da água. A descarga de fótons provoca uma pequena ionização da água. Moléculas de água se decompõem, por ação da luz, em íons H+

e íons OH-. Os íons H+, que na realidade são prótons oriundos dos átomos de hidrogênio, são entregues ao NADP reduzido. Cada NADP reduzido contém 2 elétrons provenientes da clorofila b. Recebendo 2 prótons, ele passa a NADPH2. Quanto aos íons OH-, cada grupo de 4 deles se reajusta e acaba originando duas moléculas de H2O e um O2. É esse O2 que é eliminado para a atmosfera, como um produto da fotossíntese, da mais relevante importância para a vida dos seres na biosfera.

OBSERVE OS INFOGRÁFICOS

Fotofosforilação cíclica ; A) Uma molécula de clorofila a; B) Molécula de ferridoxina, o primeiro

aceptor de elétrons da cadeia; X, Y e Z são os citocromos (elementos da cadeia transportadora de elétrons. Ao passar por eles, o elétron desprende energia, que é aproveitada na produção de uma molécula de ATP.

Repare que o elétron retoma à molécula de clorofila.

Fotofosforilação acíclica . Ocorre com as

moléculas de clorofila b. O elétron aumentado no seu potencial energético sai da molécula de clorofila, permite a formação de ATP, mas não retorna à clorofila. Ele vai reduzir 1mol de NADP. Cada mol de NADP pode receber 2 elétrons, cada um deles provenientes de 1mol de clorofila b. Por isso é que a ilustração mostra duas moléculas de clorofila b. Repare que, neste caso, o primeiro aceptor de elétrons é a plastoquinona. E o elétron proveniente da clorofila b, apesar de ser entregue à clorofila a, não fica retido nela, indo terminar mesmo no NADP reduzido.

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Guarde, portanto, que o oxigênio liberado durante a fotossíntese é proveniente da água

que foi fotolisada, e que tal fato ocorre na fase luminosa da fotossíntese.

A fotólise da água. Repare que o elétron desprendido do átomo de H vai para a clorofila b, a fim

de compensar a ida de um elétron desta na fotofosforilação acíclica. O próton H vai para o NADP reduzido.

O desprendimento de oxigênio livre na fotossíntese. Os íons OH- decorrentes da fotólise da água,

se rearrumam e formam o O2, que é liberado para a atmosfera, restaurando a água, embora em quantidade menor.

CONSIDERAÇÕES FINAIS SOBRE A FASE CLARA

Ao final do estudo de todas as ocorrências próprias da fase clara ou luminosa da fotossíntese, tiramos algumas conclusões, que vamos sintetizar: 1. A fotofosforilação cíclica e a fotofosforilação acíclica ocorrem ao mesmo tempo, numa mesma

planta, na mesma célula e num mesmo cloroplasto. Apenas, uma delas se processa a partir de moléculas de clorofila a e a outra, a partir de moléculas de clorofila b.

2. Para que a fotofosforilação ocorra (em ambos os casos) há necessidade de luz no ambiente. 3. Tanto na fotofosforilação cíclica quanto na acíclica há formação de moléculas de ATP, que ficam

acumulando aquele quantum de energia que a clorofila havia retido da luz que sobre ela incidiu. 4. Na fotofosforilação acíclica há formação de NADPH2. 5. Tanto as moléculas de ATP quanto as de NADPH2 formadas na fase luminosa terão papel de

relevante importância na fase escura como veremos mais adiante. 6. O oxigênio desprendido para o meio ambiente durante a fotossíntese é eliminado na fase clara e

decorre da fotólise da água.

Etapa Química

Essa etapa ocorre no estroma dos cloroplastos sem necessidade de luz. As reações que ocorrem nessa etapa compõem o ciclo das pentoses ou ciclo de Calvin.

O ciclo de Calvin recebe esse nome em homenagem a Melvin Calvin que, na década de 1940, elucidou como o CO2 é utilizado na fotossíntese.

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Esse ciclo começa com a união do CO2 do ar atmosférico com moléculas orgânicas já presentes no cloroplasto. É o que se chama de fixação do carbono. Em seguida, ocorre a incorporação de hidrogênios às moléculas de carbono, formando carboidratos. Quem fornece esses hidrogênios são os NADPH2 formados na etapa fotoquímica. Nesse processo, há necessidade de energia, que é fornecida pelas moléculas de ATP, produzidas também nas reações de claro.

Assim, é no ciclo de Calvin que o açúcar é formado. Esse ciclo, apesar de não depender diretamente da luz, depende das reações da fase fotoquímica, pois precisa dos ATPs e dos NADPH2

formados na presença da luz.

Esquema simplificado do Ciclo de Calvin, também chamado de ciclo das pentoses por causa do açúcar de cinco carbonos (ribulose difosfato) que participa da fixação do CO2, iniciando o ciclo. Neste ciclo também há a formação de seis moléculas de água.

EQUAÇÃO GERAL DA FOTOSSÍNTESE

6CO2 + 12H2O LUZ C6H12O6 + 6H2O + 6O2

GLICOSE

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CLOROFILA O ATP e o NADPH2 não constam na equação geral, pois são produtos intermediários da fotossíntese, sendo utilizados durante o processo.

Leitura Complementar

1ª) EXPERIÊNCIA DE JOSEPH PRIESTLEY

Um camundongo é colocado no frasco sem a planta; morre asfixiado em pouco tempo sem o O2, enquanto na presença da planta, com boa iluminação, o camundongo sobrevive, pois a planta, na presença da luz, libera O2.

(Priestley chegou à conclusão de que a planta lança no ar uma substância (O2) que é benéfica ao rato e vice-versa).

2ª) EXPERIÊNCIA DE ENGELMANN

Bactérias aeróbicas colocadas em uma lâmina de vidro consomem todo o O2 e partem para a periferia da lâmina à procura de O2.

Quando é colocada uma alga clorofilada, estas realizam fotossíntese, liberam O2, fazendo com que as bactérias voltem ao centro da lâmina. As bactérias se aglomeram mais nos pontos da alga que recebe luz vermelha (faixa de 650 nm).

Experiência de Engelmann (1885) mostrando uma alga verde submetida a diferentes radiações luminosas, numa gota de água com suspensão de bactérias. Estas se aglomeram mais nos pontos da

alga que recebem luz vermelha (faixa de 650nm).

Velocidade

da reação

400nm 700nm

Comprimento de onda

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3ª)MÉTODO DAS BOLHAS GASOSAS

Colocando-se plantas aquáticas dentro de um recipiente com água e recobrindo com um funil invertido e um tubo de ensaio, veremos bolhas subirem pelo tubo de ensaio, acumulando-se na sua extremidade superior. As bolhas de oxigênio se desprendem da planta exposta à luz e se acumulam na parte mais alta do tubo de ensaio.

FOTORREDUÇÃO OU FOTOSSÍNTESE ANAERÓBICA : A fotorredução, também chamada fotossíntese anaeróbica, é um processo de síntese de matéria

orgânica em presença de luz, utilizando gás carbônico do ar atmosférico e gás sulfídrico (H2S), como substância doadora de hidrogênios. Nesse processo de fotossíntese não é a água que fornece hidrogênio e sim o, gás sulfídrico.

EQUAÇÃO GERAL DA FOTORREDUÇÃO

6CO2 + 12H2S LUZ C2H12O6 + 12S + 6H2O

BACTERIOCLOROFILA

Os organismos que realizam esse processo são as sulfobactérias, que vivem em ambiente

anaeróbio (sem oxigênio) e apresentam, além de outros pigmentos, um tipo especial de clorofila, que é a bacterioclorofila.

Convém observar que nesse processo não há liberação de oxigênio. Além disso, a fotorredução não ocorre quando essas bactérias são colocadas em ambiente aeróbio (rico em oxigênio), pois o oxigênio inibe o processo.

QUIMIOSSÍNTESE

É um processo autotrófico restrito a certos tipos de BACTÉRIAS, tais como: A) Sulfobactérias ou Bactérias Sulfurosas. B) Ferrobactérias ou Bactérias Ferrosas. C) Nitrobactérias ou Bactérias Nitrosas ou Bactérias Nitrificantes. A) Sulfobactérias: utilizam a Energia Química proveniente da oxidação do GÁS SULFÍDRICO (H2S)

para a síntese de matéria orgânica.

20

B) Ferrobactérias: utilizam a Energia Química proveniente da oxidação de COMPOSTOS DE FERRO para a síntese de matéria orgânica.

C) Nitrobactérias: utilizam a Energia Química proveniente da oxidação da AMÔNIA (���

�) ou de NITRITOS (NO

�) para a síntese de matéria orgânica. As Nitrobactérias ou Bactérias Nitrificantes existem livres no solo e são de grande importância no

ciclo do nitrogênio. Existem dois grandes tipos de Bactérias Nitrificantes: I - Bactérias Nitrosomonas - utilizam a Energia Química proveniente da oxidação da AMÔNIA

para a síntese de matéria orgânica. Essas bactérias transformam a amônia (NH3) em nitrito (NO

�):

II - Nitrobacter - utilizam a Energia Química proveniente da oxidação do NITRITO (NO

�) para a síntese de matéria orgânica.

As Nitrobacter transformam o (NO�) em nitrato ����

��. O ����

�� é aproveitado pelas plantas como fonte de Nitrogênio para a síntese de suas proteínas.

Pelo exposto, podemos definir a Quimiossíntese, como sendo a síntese (produção) de matéria orgânica utilizando a Energia Química proveniente da oxidação de substâncias inorgânicas.

21

01. O componente celular ao lado esquematizado é encontrado:

a) Em bactérias, plantas e animais. b) Apenas em animais. c) Apenas em plantas superiores. d) Em bactérias e fungos. e) Em eucariontes.

02. Células do fígado possuem até duas mil mitocôndrias, ocupando cerca de 1/5 do seu volume. O número alto de mitocôndrias nestas células pode ser explicado porque as células hepáticas: a) são maiores que as demais células do corpo. b) apresentam respiração aeróbia. c) têm grande atividade metabólica. d) têm volume citoplasmático maior que o nuclear. e) produzem enzimas digestivas em grande quantidade.

03. As mitocôndrias são organelas celulares envolvidas por membrana, contendo DNA autônomo e circular. Isso indica que elas: a) confirmam a hipótese autotrófica sobre a origem dos seres vivos. b) são responsáveis pela síntese de proteínas e glicídios. c) modificam as macromoléculas e as secretam para o meio externo ou para o interior de

outras organelas. d) contêm enzimas hidrolíticas, envolvidas na digestão intracelular. e) são provavelmente os descendentes de células procariotas primitivas que se estabeleceram

como simbiontes internos de uma célula anaeróbica.

04. O aparecimento de novas mitocôndrias no citoplasma de uma célula se deve à: a) reprodução de mitocôndrias preexistentes. b) síntese de precursores no retículo endoplasmático. c) montagem de sub-componentes citoplasmáticos. d) diferenciação de cisternas do aparelho Golgiense. e) diferenciação de cristas em vacúolos precursores.

05. C6H12O6 � 2C3H4O3 + ATP (glicose) (ácido pirúvico)

A respeito da equação acima, que representa uma das etapas da produção de energia em uma célula, é correto afirmar que:

a) essa etapa ocorre no citoplasma das células, tanto em processos aeróbicos como anaeróbicos.

b) trata-se de cadeia respiratória. c) a produção aeróbica de ATP, na etapa seguinte, esta não depende da existência de

mitocôndrias. d) nessa etapa ocorre a maior produção de energia. e) se o ácido pirúvico se depositar em células musculares ocorre o fenômeno conhecido como

fadiga muscular.

01

22

06. O esquema abaixo representa uma reação de liberação de energia:

Essa energia pode ser utilizada nas seguintes atividades celulares, exceto: a) oxidação de moléculas orgânicas. b) contração muscular. c) condução de impulso nervoso. d) síntese de substâncias. e) transporte por osmose.

07. Em relação às etapas da respiração, provavelmente a glicólise foi a primeira a surgir porque: a) é a etapa mais rica na produção de ATP. b) o O é fundamental para que todo o processo ocorra. c) a maioria dos seres vivos depende de O livre. d) os organismos primitivos devem ter surgido em atmosfera sem O2. e) a produção de ATP não se faz sem a molécula de O2.

08. Pela análise do esquema abaixo, prevê-se que a energia pode ser obtida por um organismo:

a) somente a partir de açúcares. b) somente a partir de proteínas. c) somente a partir de gorduras. d) a partir de açucares, proteínas c gorduras. e) a partir de substâncias inorgânicas.

09. Na respiração, os organismos aproveitam o oxigênio do ambiente para oxidação de moléculas e produção de energia. Além de energia, a respiração tem como resultado final as seguintes moléculas:

a) CO2 e H2O b) HCO3 e H20 c) HCO3 e CO2 d) CO2 e H2 e) H2 e HCO3

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10. A energia liberada em uma sequência de reações ao longo da cadeia respiratória é utilizada na conversão do ADP + Pi em ATP. Esta seqüência de reações é denominada: a) glicólise. b) ciclo de Calvin. c) fosforilação oxidativa. d) ciclo de Krebs. e) fermentação.

11. A célula representa a unidade morfológica e fisiológica dos seres vivos. No citoplasma celular vamos encontrar muitas organelas com funções distintas. As organelas com funções de: síntese de proteínas, digestão celular, secreção celular e respiração celular são denominadas, respectivamente, de: a) Ribossomos, complexo golgiense, lisossomos e mitocôndrias. b) Complexo golgiense, mitocôndrias, ribossomos e lisossomos. c) Ribossomos, lisossomos, complexo golgiense e mitocôndrias. d) Mitocôndrias, ribossomos, complexo golsiense e lisossomos. e) Lisossomos, ribossomos, mitocôndrias e complexo golgiense.

12. Dos organismos abaixo, os que consomem maior quantidade de glicose para sintetizar 100 moléculas de ATP são os: a) Heterótrofos em geral. b) Autótrofos em geral. c) Aeróbios facultativos. d) Aeróbios estritos. e) Anaeróbios estritos.

13. O processo abaixo esquematizado representa: ATP 2CO2 GLICOSE 2 ÁCIDO PIRÚVICO 2 ETANOL (6C) (3C) (2C)

a) Fermentação e é realizado por células musculares. b) Fermentação e é realizado por leveduras. c) Respiração aeróbica e é realizado por plantas e animais em geral. d) Glicólise e é realizado por animais em geral. e) Quimiossíntese e é realizado por bactérias.

14. As etapas do processo de respiração celular que ocorrem no interior das mitocôndrias são: a) Glicólise e ciclo de Krebs. b) Glicólise e fosforilação oxidava. c) Glicólise e ciclo das pentoses. d) Ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa. e) Ciclo de Krebs e ciclo das pentoses.

15. Considere as seguintes afirmações sobre metabolismo energético.

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I. Organismos quimioautotróficos obtêm energia a partir de moléculas orgânicas. II. Organismos fotoautotróficos utilizam a energia radiante do Sol. III A liberação de energia armazenada nas ligações químicas de compostos orgânicos pode

ocorrer por fermentação ou respiração. IV. A fermentação deve ter surgido depois da respiração porque, no início, não havia oxigênio

na atmosfera terrestre. São corretas somente: a) I e II. b) I e III. c) II e III. d) II e IV. e) III e IV.

16. Um biólogo dissolveu um tablete de fermento em uma solução de água e açúcar e transferiu a mesma para uma garrafa térmica, deixando um espaço de cerca de 5cm entre o nível do líquido e a boca da garrafa térmica.

Identificou essa garrafa com o número l. Em outra garrafa térmica, colocou apenas água e açúcar e a identificou com o número 2. Tampou as garrafas com rolhas de cortiça nas quais inseriu um termômetro e, ao arrolhar as garrafas, os termômetros ficaram com os bulbos imersos nos líquidos. O biólogo anotou, em ambas as garrafas, as temperaturas iniciais.

Após 24 horas, voltou a anotar as temperaturas de ambas as garrafas e observou que:

a) Eram exatamente iguais às temperaturas iniciais. b) As temperaturas de ambas as garrafas eram superiores às temperaturas iniciais. c) As temperaturas de ambas as garrafas eram inferiores às temperaturas iniciais. d) A temperatura da garrafa l era menor que a da garrafa 2. e) A temperatura da garrafa l era maior que a da garrafa 2.

17. Completar corretamente a frase seguinte:

“A coalhada resulta da (...) das proteínas do leite , provocada (...) de pH, devido à (...) do ácido láctico, em processo de fermentação láctica.”

a) coacervação; pela elevação; presença. b) coacervação; pelo abaixamento; inativação. c) precipitação; pelo abaixamento; presença. d) precipitação; pela elevação; redução. e) suspensão; pelo abaixamento; redução.

18. Um atleta, que participou de uma corrida de 1500m, desmaiou depois de ter percorrido cerca e

800m, devido à oxigenação deficiente de seu cérebro. Sabendo-se que as células musculares

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podem obter energia por meio da respiração aeróbica ou de fermentação, nos músculos do atleta desmaiado deve haver acúmulo de: a) Glicose. b) Glicogênio. c) Monóxido de carbono. d) Ácido láctico. e) Etanol.

19. O esquema representa:

Glicose Ácido pirúvico CO 2 + Álcool etílico + ATP a) Respiração aeróbia. b) Fotossíntese. c) Síntese aeróbia de gás carbônico. d) Fermentação. e) Um processo biológico dependente de oxigênio e de mitocôndrias.

20. Relacione a 1ª coluna com a 2ª coluna. A sequência que identifica as organelas celulares

apresentadas na 1ª coluna com as suas respectivas funções apresentadas na 2ª é:

1ª coluna 2ª coluna I. lisossomo a) formação de ATP II. mitocôndria b) empacotamento de vesículas III. complexo golgiense c) síntese de esteroides IV. ribossomo d) digestão celular V. retículo endoplasmático liso e) síntese proteico

a) I-a, II-d, III-e, IV-b, V-c. b) I-b, II-e, IIJ-c, IV-a, V-d. c) I-c, II-b, III-a, IV-e, V-d. d) I-d, II-a, III-b, IV-e, V-c. e) I-e, II-b, III-d, IV-c, V-a.

21 . Das alternativas abaixo, assinale a que apresenta relação incorreta: a) Centríolos — organização do aparelho mitótico. b) Lisossomos — digestão intracelular. c) Cloroplastos — fotossíntese. d) Complexo golgiense — síntese de proteínas. e) Mitocôndrias — respiração celular.

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22. Considere células heterótrofas que só realizam fermentação alcoólica imersas em uma solução isotônica de glicose, etanol, oxigênio e dióxido de carbono. Que letra da tabela abaixo indica corretamente as trocas realizadas entre as células e o ambiente?

Difundem -se através da membrana

Maior quantidade da célula para o

ambiente

Maior quantidade do ambiente para a

célula

Quantidades iguais nos dois sentidos

Não se difunde(m) através da membrana

a) b) c) d) e)

CO2 e etanol CO2

CO2

O2 Glicose e O2

Glicose Glicose

Glicose e etanol Glicose

O2

O2

- -

CO2 Etanol

- O2 e etanol

O2 Etanol

-

23. Abaixo são feitas três afirmações relativas às mitocôndrias. Estude-as, assinalando a opção correta:

I. As mitocôndrias estão presentes em praticamente todas as células eucarióticas, tanto em vegetais como em animais.

II. Estruturalmente, as mitocôndrias apresentam uma membrana externa, uma membrana interna, as quais formam as cristas mitocondriais, e uma matriz.

III. Todas as etapas do processo respiratório ocorrem nas cristas mitocondriais e na matriz. a) Somente I. b) Somente II. c) Somente III. d) Somente I e II. e) Somente II e III.

24. A respiração, que se processa em três etapas distintas — glicólise, ciclo de Krebs e cadeia respiratória — é um processo de liberação de energia através da quebra de complexas moléculas orgânicas. Das afirmativas abaixo, relacionadas à respiração, indique a que esteja correta: a) Na glicólise há conversão do ácido pirúvico em compostos intermediários, HO e CO. b) Na cadeia respiratória há transporte de hidrogênio com a formação de ácido pirúvico. c) No ciclo de Krebs há transporte de hidrogênio, consumo de oxigênio molecular e produção

de água. d) Na glicólise há conversão da glicose em ácido pirúvico. e) No ciclo de Krebs há conversão da glicose em ácido pirúvico.

25. Analise o esquema abaixo sobre as etapas da

respiração. Numa célula eucariótica normal, as etapas 1, 2 e 3 ocorrem, respectivamente:

a) Na mitocôndria, no hialoplasma e na mitocôndria. b) Na mitocôndria, na mitocôndria e no hialoplasma. c) No hialoplasma, no hialoplasma e na mitocôndria. d) No hialoplasma, na mitocôndria e na mitocôndria. e) Na mitocôndria, no hialoplasma e no hialoplasma.

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26. “Para nenhum povo da antigüidade, por mais que consumissem a cerveja, ela foi tão significativa e

importante como para os egípcios. Entre eles, além de ter uma função litúrgica determinada no banquete oferecido aos mortos ilustres, a cerveja era a bebida nacional [...]. As mulheres que fabricavam a cerveja tornavam-se sacerdotisas, tal era a importância dessa bebida digna de ser oferecida como libação aos deuses.”

(VIDA biblioteca. Como fazer cerveja. 3.ed. São Paulo: Três, 1985. p. 51-52.) Ainda que a cerveja seja fabricada há milhares de anos, a essência de sua produção continua a

mesma. Com base nos conhecimentos sobre o tema, é correto afirmar que a cerveja é originada a partir da fermentação de cereais por meio de: a) fungos macroscópicos, liberando álcool etílico e oxigênio. b) bactérias, liberando álcool metílico e gás carbônico. c) bactérias, liberando álcoois aromáticos e oxigênio. d) fungos microscópicos, liberando álcool etílico e gás carbônico. e) fungos microscópicos, liberando álcool metílico e água.

27. Todos os processos indicados são característicos da respiração aeróbia, exceto: a) Consumo de glicose. b) Formação de álcool. c) Produção de álcool. d) Produção de ATP e) Produção de gás carbônico.

28. Num experimento simples para demonstrar a fermentação, adiciona-se fermento biológico a uma solução de açúcar, ou mesmo caldo de cana, obtendo-se como produto final álcool, CO2 e água. O fermento biológico contém: a) Algas. b) Bactérias fotossintetizantes. c) Ácido carbônico em pó. d) Fungos. e) Cianofíceas.

29. O que indicam, respectivamente, as letras A, B, C e D na tabela abaixo?

Organela Reação Processo Mitocôndria Síntese de ATP A

B Fotólise de água Fotossíntese Lisossomo Hidrólise C

D Oxidação Detoxificação celular

a) Respiração celular, ribossomo, detoxificação celular, cloroplasto. b) Respiração anaeróbica, cloroplasto, síntese de nucleotídeos, ribossomo. c) Respiração celular, cloroplasto, digestão intracelular, peroxissomo. d) Síntese de proteínas, peroxissomo, digestão intracelular, ribossomo. e) Fermentação, cloroplasto, síntese de lipídios, lisossomo.

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30. O esquema abaixo mostra de modo simplificado um tipo de reação celular metabólica. O processo representado é:

a) Respiração anaeróbica. b) Respiração aeróbica. c) Quimiossíntese. d) Fotossíntese. e) Glicólise.

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01. Células de certos organismos possuem organelas que produzem ATPs e os utilizam na síntese de

substância orgânica a partir de dióxido de carbono. Essas organelas são: a) Os lisossomos. b) As mitocôndrias. c) Os cloroplastos. d) O sistema golgiense. e) Os nucléolos.

02. Cientistas propõem a hipótese de que certas organelas celulares originaram-se de organismos que há mais de um bilhão de anos passaram a viver simbioticamente com eucariotos antigos. Apoiam-se no fato de que essas organelas possuem DNA próprio, semelhante ao das bactérias, podendo-se auto-replicar. Essas organelas são: a) Mitocôndrias e ribossomos. b) Mitocôndrias e cloroplastos. c) Mitocôndrias e dictiossomos. d) Dictiossomos e cloroplastos. e) Dictiossomos e ribossomos.

GABARITO 1) E 11) C 21) D 2) C 12) E 22) A 3) E 13) B 23) D 4) A 14) D 24) D 5) A 15) C 25) D 6) E 16) E 26) D 7) D 17) C 27) C 8) D 18) D 28) D 9) A 19) D 29) C 10) C 20) D 30) B

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03. Considere os esquemas a seguir, nos quais as setas indicam absorção ou eliminação de gás.

Qual a alternativa que identifica corretamente a substância absorvida ou eliminada?

I II III IV

a) O2 O2 O2 CO2 b) O2 CO2 CO2 CO2 c) CO2 CO2 O2 O2 d) CO2 CO2 CO2 O2

e) CO2 O2 CO2 O2

04. No experimento com elodea num tubo iluminado, afirmamos que as bolhas são:

a) Oxigênio resultante da fotólise da água.

b) Oxigênio resultante da quebra da molécula de gás carbônico. c) Gás carbônico resultante do ciclo de Krebs. d) Gás carbônico proveniente do ciclo de Calvin. e) Oxigênio proveniente da fotofosforilação.

05. Em relação à fotossíntese realizada em algas azuis (cianofíceas) e musgos (eucariontes),

podemos afirmar que: a) A fotossíntese de cianobactérias é realizada no nível de cloroplasto e a de musgos, no nível

de citoplasma. b) A fotossíntese de cianobactérias é realizada no nível de parede celular e a de musgos, no

nível de cloroplastos. c) As cianobactérias, como são procariontes, não realizam fotossíntese e sim quimiossíntese. d) As cianobactérias não possuem clorofila e os musgos, como são eucariontes, possuem. e) As cianobactérias realizam fotossíntese em membranas com clorofila e os musgos, em

cloroplastos.

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06. A equação abaixo representa:

2n H2O + n CO2 ���� (CH20)n + n H2O + n O2 a) A respiração aeróbia que ocorre na mitocôndria. b) A fermentação etílica do Saccharomyces. c) A quimiossíntese de uma cianofícea. d) A quimiossíntese de uma bactéria. e) A fotossíntese que ocorre no cloroplasto.

07. 0 esquema abaixo representa uma organela celular relacionada a um processo vital para os seres vivos.

Com base no esquema acima, indique: I. A fonte exclusiva de oxigênio liberado. II. O local de ocorrência da fase luminosa. III. O local de ocorrência da síntese final de glicídios. IV. A substância que entra na fase escura. Assinale a opção que apresenta indicação CORRETA: a) I: H2O – II: GRANOS – III: ESTROMA – IV: CO2 b) I: H2O – II: ESTROMA – III: GRANOS – IV: CO2 c) I: H2O – II: GRANOS – III: ESTROMA – IV: O2

d) I: CO2 – II: ESTROMA – III: GRANOS – IV: H2O e) I: CO2 – II: GRANOS – III: ESTROMA – IV: H2O

08. A equação abaixo é uma generalização do processo da fotossíntese:

CO2 + 2 H2A � (CH2O)n + H2O + 2 A. Sobre esse processo são feitas as seguintes afirmações: I. Se H2A for a água, esse composto será a fonte exclusiva da liberação de O2. II. A fase escura desse processo ocorre no nível de hialoplasma. III. A substância H2A pode funcionar como fonte de elétrons. IV. Na fase do processo chamada fotoquímica, a clorofila absorve energia química. São corretas as seguintes afirmações: a) apenas l e III b) apenas II e III c) apenas I, II e IV d) apenas II, III e IV e) todas.

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09. Podemos dizer que cloroplastos e mitocôndrias trabalham de maneira integrada porque:

a) Participam do mesmo processo celular. b) Os cloroplastos produzem o substrato para as mitocôndrias. c) Mitocôndrias e cloroplastos só existem nas células vegetais. d) Ambos fazem armazenamento de secreções celulares. e) As mitocôndrias produzem o substrato para os cloroplastos.

10. A hipótese de que os cloroplastos e as mitocôndrias tenham surgido através de uma associação simbiótica de um eucarioto primitivo, com, respectivamente, bactérias fotossintetizantes e bactérias aeróbicas, reforçada pelo fato de aquelas organelas celulares: a) Serem estruturas equivalentes, com grande superfície interna. b) Apresentarem DNA próprio. c) Estarem envolvidos, respectivamente, na produção e consumo de oxigênio. d) Apresentarem tilacoides e cristas como as bactérias. e) Serem encontradas tanto em organismos superiores como inferiores.

11. Uma agência bancária requisitou o parecer de um técnico para explicar por que as violetas africanas, mantidas no prédio, não cresciam, tinham as folhas amareladas e não floresciam. Após análise de temperatura, intensidade luminosa e grau de umidade, o parecer do técnico foi conclusivo: “As plantas estão sendo mantidas no ponto de compensação fótico e se permanecerem ali, morrerão”. Isso ocorre porque: a) Uma planta no seu ponto de compensação pára de realizar a fotossíntese, mantendo

somente a respiração. b) Uma planta mantida no seu ponto de compensação continuará viva somente enquanto

possuir substâncias de reserva. c) Uma planta no ponto de compensação fótico tem a velocidade da respiração maior do que a

velocidade da fotossíntese. d) A planta fornece mais O2 ao meio ambiente, mas não produz energia. e) A planta mantida no ponto de compensação fótico produz mais carboidratos do que gasta,

morrendo imediatamente.

12. As plantas, entre os seres vivos capazes de realizar a fotossíntese, também realizam a respiração celular. Assinale a opção que mostra quando ocorrem a fotossíntese e a respiração: Fotossíntese Respiração celular a) Na presença de luz Com e sem luz b) Na presença de luz Apenas na ausência de luz c) Na apenas na ausência Apenas na presença de luz d) Apenas na presença de luz Apenas na presença de luz e) Com e sem luz Principalmente na ausência de luz

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13. O esquema abaixo representa a montagem e o resultado de um experimento sobre fotossíntese.

Qual das afirmações pode ser feita considerando apenas os resultados do experimento? a) A alta temperatura inibe a fotossíntese. b) Luzes provenientes de lâmpadas de cores diferentes influem na fotossíntese. c) O gás carbônico é necessário para a fotossíntese. d) A Elodea elimina oxigênio e gás carbônico quando iluminada. e) A Elodea elimina um gás quando iluminada.

14. Os textos abaixo dizem respeito aos processos de obtenção e transformação de energia dos seres vivos. Analise atentamente cada um deles: I. Os seres vivos aeróbicos respiram, utilizando oxigênio diretamente da atmosfera ou

dissolvido na água, para converter carboidratos e outros constituintes celulares em CO2 e H2O, com liberação de energia.

II. A fotossíntese e a respiração são processos antagônicos. Enquanto o primeiro fabrica matéria orgânica, com armazenamento de energia e liberação de O2 o segundo desdobra matéria orgânica e consome O2 com liberação de energia.

III. No nível celular, o mecanismo da respiração aeróbica se processa nas mitocôndrias, e a fotossíntese, nos plastos.

IV. A fermentação é um processo de obtenção de energia que pode ser constatado em algumas bactérias e fungos.

Assinale: a) Se lê III estiverem corretos. b) Se II e III estiverem corretos. c) Se III e IV estiverem corretos. d) Se apenas um deles estiver correto. e) Se todos estiverem corretos.

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15. As duas reações químicas representadas abaixo ocorrem nas folhas das plantas: I. C6H12O6 + 6O2 � 6CO2 + 6H2O II. 6 CO2 + 12 H2O � C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O É correto afirmar que: a) Ambas as reações só ocorrem quando a planta está no escuro. b) Ambas as reações só ocorrem quando a planta está iluminada. c) Ambas as reações ocorrem tanto no claro como no escuro. d) A reação I só ocorre quando a planta está iluminada; a II ocorre tanto no claro quanto no

escuro. e) A reação II só ocorre quando a planta está iluminada; a I ocorre tanto no claro quanto no

escuro.

16. Observe o seguinte esquema:

No quadro abaixo, assinale a alternativa que identifica corretamente as organelas e os processos

celulares representados em I e II.

I II a) Ribossomo-síntese Mitocôndria-respiração de açúcares b) Cloroplasto-fotossíntese Ribossomo-respiração c) Cloroplasto-fotossíntese Mitocôndria-respiração d) Mitocôndria-respiração Cloroplasto-fotossíntese e) Mitocôndria-síntese Ribossomo-respiração de açúcares

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17. O esquema abaixo representa o cloroplasto de uma célula eucariótica e a função que se realiza no

seu interior.

Os algarismos indicam:

I II III IV

a) Clorofila Oxigênio Dióxido de carbono Hexose b) Água Oxigênio Dióxido de carbono Glicídio c) Clorofila Oxigênio Citocromos Monossacarídeo d) Água Citocromos Dióxido de carbono Hexose e) Dióxido de carbono Oxigênio Água Glicídio

18. Analise as reações:

I. Glicose + O2 CO2 + H2O + ATP II. NADP + ADP + H2O NADPH2 + ATP + O2 III. NADPH2 + ATP + CO2 glicose + ADP + NADP

A respiração aeróbia, a fase escura da fotossíntese e a fase fotoquímica da fotossíntese estão representadas, respectivamente, em: a) III, II, I. b) I, III, II. c) III, I, II. d) I, II, III. e) II, III, I.

19. Foram estudados três grupos de organismos, que apresentaram as seguintes características em relação a seus processos metabólicos:

I. Organismos heterótrofos, que obtêm energia de compostos orgânicos, produzindo etanol e CO2.

II. Organismos heterótrofos, que obtêm energia de compostos orgânicos, produzindo CO2 e água.

III. Organismos autótrofos, que obtêm energia da oxidação de compostos inorgânicos. Os organismos dos grupos l, II e III realizam, respectivamente, os processos de: a) Fermentação, respiração e fotossíntese. b) Fermentação, respiração e quimiossíntese. c) Respiração, fermentação e fotossíntese. d) Respiração, fermentação e quimiossíntese. e) Quimiossíntese, respiração e fotossíntese.

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20. A quimiossíntese é a produção de matéria orgânica realizada a partir de substâncias minerais

simples, usando somente energia química, e é: a) Apresentada por todos os vegetais. b) Apresentada somente pelos animais. c) Apresentada pelos vírus. d) Apresentada por todos os animais e alguns vegetais. e) Apresentada por pequeno número de bactérias autotróficas.

QUESTÕES DE PROPOSIÇÕES MÚLTIPLAS

Instrução: Para as questões de 01 a 04, assinale a soma das proposições verdade.

01. Os diagramas I e II esquematizam processos oxidativos da glicose, em condições de anaerobiose e

aerobiose. Com base nesses diagramas, pode-se concluir:

(01) Na ausência de oxigênio, as células de levedura utilizam o acetaldeído como aceptor de hidrogênio.

(02) Os NADred produzidos na glicólise da fermentação e da respiração proporcionam o mesmo rendimento energético.

(04) A fermentação lática é uma via alternativa de obtenção de energia para a fibra muscular, em condições de deficiência no suprimento de oxigênio.

(08) As desidrogenações ocorridas no ciclo de Krebs proporcionam o maior rendimento energético dessa etapa, através da cadeia respiratória.

(16) Nas fermentações, o produto final é um composto de baixo potencial energético. (32) A evolução da cadeia respiratória proporcionou à célula um processo que assegura uma

maior disponibilidade energética. (64) As condições de anaerobiose assegura à célula maior rendimento energético em moléculas

de ATP, por cada molécula de glicose, do que a condição de aerobiose. SOMA :

Gabarito 01. C 11. B 02. B 12. A 03. C 13. E 04. A 14. E 05. E 15. E 06. E 16. C 07. A 17. B 08. A 18. B

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02. A quebra anaeróbica da glicose é possivelmente o maior antigo mecanismo biológico para obtenção de energia, a partir de moléculas orgânicas combustíveis.

Em relação a esse processo, pode-se afirmar: (01) As etapas iniciais da utilização da glicose como fonte de hidrogênio constituem uma

característica preservada, do ponto de vista evolutivo. (02) O destino metabólico das moléculas de pirubato provenientes da quebra da glicose é o

mesmo, entre os organismos. (04) A quebra parcial da glixose, típica da fermentação, resulta em um rendimento energético

reduzido. (08) A liberação lenta e gradual, da energia contida na molécula de glicose representa uma

baixa eficiência do processo. (16) Um suprimento energético preexistente na forma de ATP é requerido para viabilizar a

utilização da glicose nos processos bioenergéticos. (32) Em condições de restrição de oxigênio, células aeróbicas podem utilizar temporariamente a

fermentação como mecanismo alternativo de obtenção de energia. (64) A quebra anaeróbica da glicose requer a existência de estruturas subcelulares

especializadas. SOMA:

03. A partir da análise da figura abaixo, pode-se concluir:

(01) O carbono assimilado é totalmente devolvido ao meio ambiente através da atividade

respiratória da planta. (02) O estabelecimento de um processo de utilização completa da glicose como fonte de

energia dependeu da evolução da atividade fotossintética. (04) A “planta verde” é um elo fundamental nos ciclos do carbono e do oxigênio na Biosfera. (08) As estruturas que transportam o produto da fotossíntese distribuem também os elementos

absorvidos do solo pela raiz. (16) A velocidade de absorção da água pela raiz está na dependência da atividade seletiva da

parede celular. (32) Toda a energia luminosa que incide sobre a folha é armazenada nas ligações químicas das

moléculas de glicose. (64) A liberação de O2 pela fotossíntese é efeito da utilização da água como doador de

hidrogênio. SOMA:

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04. O esquema representa os caminhos da glicose produzida nos cloroplastos.

Com base em sua análise, pode-se afirmar: (01) Os seres clorofilados, através da fotossíntese, produzem a glicose, que é o ponto de

partida para a síntese de todas as moléculas orgânicas que compõem o mundo vivo. (02) Todo carbono assimilado pelo vegetal será devolvido ao ambiente através da respiração da

própria planta. (04) Um dos compostos fundamentais para que a fotossíntese ocorra é o H2O e dele sai o

oxigênio liberado para a atmosfera. (08) As substâncias orgânicas assimiladas pelas células devem ser consumidas através de

complexas reações de oxidação. (16) A glicose é o tipo de substância mais largamente empregado nos processos respiratórios

de obtenção de energia metabólica. (32) O ciclo das pentoses envolve reações enzimáticas que ocorrem independentemente das

reações fotoquímicas. SOMA:

GABARITO 01. 01 + 04 + 08 + 32 02. 01 + 04 + 16 + 32 03. 02 + 04 + 64 04. 04 + 08 + 16

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LEITURA A teoria quimiosmótica

Peter D. Mitchell propôs a hipótese quimiosmótica em 1961. A teoria sugere essencialmente que a maioria da síntese de ATP na respiração celular seja proveniente do gradiente eletroquímico formado entre os dois lados da membrana interna mitocondrial ao utilizar a energia do NADH e FADH2, formados no catabolismo de moléculas como a glicose.

Determinadas moléculas, tais como a glicose, são metabolizadas de forma a produzir acetil-CoA, um intermediário energeticamente rico. A oxidação do acetil-CoA na matriz mitocondrial está acoplada à redução de moléculas transportadoras como o NAD e o FAD.

Estas moléculas transportam elétrons para a cadeia de transporte eletrônico na membrana mitocondrial interna. A energia eletrônica é utilizada para bombear prótons da matriz através da membrana mitocondrial interna, armazenando energia sob a forma de um gradiente eletroquímico transmembranar. Os prótons passam então novamente para dentro da matriz através da ATP sintase. O fluxo de prótons através desta enzima fornece a energia necessária para a fosforilação do ADP a ATP. Os elétrons e prótons que passam através da última bomba protônica da cadeia são adicionados ao oxigénio, formando água (na respiração aeróbia) ou outra molécula aceitadora de elétrons.

Esta hipótese foi considerada radical na altura e não foi por isso bem aceite; a ideia que entretanto prevalecia era a da existência de um intermediário estável de alta energia potencial, o que corresponderia a um conceito quimicamente mais conservador. No entanto, não foi encontrado nenhum intermediário deste tipo, ao mesmo tempo que se acumularam indícios apontando para a existência do bombeamento de prótons pelos complexos protéicos da cadeia respiratória. Finalmente, a teoria quimiosmótica ganhou aceitação e Peter Mitchell recebeu prémio Nobel da Química em 1978.

A força motriz protónica

Em todas as células, a quimiosmose envolve a força motriz protônica. Esta pode ser descrita como o armazenamento de energia sob a forma de um gradiente combinado de prótons e potencial elétrico através de uma membrana. A energia potencial química refere-se à diferença na concentração de prótons e de potencial elétrico como consequência da separação de cargas..

Na maioria dos casos, a força motriz protônica é produzida por uma cadeia de transporte de elétrons que atua como bomba de prótons e elétrons, bombeando em direções opostas e criando uma separação de carga. Nas mitocôndrias, a energia livre libertada da cadeia de transporte eletrônico é utilizada para mover prótons da matriz mitocondrial para o espaço intermembranar da mitocôndria. O transporte de prótons para zona intermenbranar da mitocôndria gera uma concentração elevada de partículas de carga positiva, resultando num lado ligeiramente mais positivo e outro mais negativo (o gradiente é então de -200 mV quando medido no interior). O resultado é então um gradiente de pH e um gradiente elétrico. A força motriz protônica, que é uma forma de medida deste gradiente eletroquímico combinado, possui em mitocôndrias um caráter predominantemente elétrico, ao passo que em cloroplastos é composta predominantemente pelo gradiente de pH. Em qualquer dos casos, a força motriz protônica precisa ter pelo menos 50 kJ/mol para a ATP sintase poder produzir ATP.

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Em mitocôndrias O catabolismo da glicose na presença de oxigénio é designado respiração celular. Os últimos passos deste processo ocorrem na mitocôndria. As moléculas com alto potencial energético NADH e FADH2 são produzidas no ciclo dos ácidos tricarboxílicos e na glicólise. Estas moléculas transferem elétrons para uma cadeia de transporte eletrônico de forma a criar um gradiente de prótons entre a membrana mitocondrial interna e a matriz mitocondrial; a ATP sintase usa então quimiosmose para sintetizar ATP. Este processo é denominado fosforilação oxidativa por o oxigénio ser o aceptor final de elétrons na cadeia de transporte eletrônico mitocondrial.

Em plantas

As reações da fase luminosa da fotossíntese produzem energia por quimiosmose. A clorofila perde um elétrons quando é excitada pela luz; este elétron viaja pela cadeia de transporte eletrônico fotossintética e é gerado um gradiente eletroquímico entre os dois lados da membrana do tilacóide. Este gradiente fornece a energia necessária para a ATP sintase produzir ATP. Este processo é conhecido como fotofosforilação

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Bibliografia ALBERTS, Bruce ET AL Molecular Biology of the Cell 3 . Ed.. Nova York: Garland, 1994.

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FORTEY Richard, Vida: Uma biografia não autorizada, Ed. Record, 2000

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MARGULIS e SAGAN, Microcosmo, 1987

LOPES Sonia, Bio 1, Ed. Saraiva, 2006

Este módulo contém textos e figuras retirados integralmente da bibliografia citada. E importante salientar que o uso e exclusivamente informativo inclusive com indicações para o uso dos livros, pois eles possuem de forma criteriosa e aprofundada os resumos selecionados.