Bioenergética
A Bioenergética descreve a transferência e a utilização da energia em sistemas biológicos, sendo o estudo quantitativo das transformações de energia que ocorrem nas células vivas.
Compreender a bioenergética é fundamental na medicina. Ela auxilia a entender as doenças e transtornos associados ao metabolismo energético como a diabetes mellitus.
Conceitos importantes para compreender a bioenergética:
Metabolismo = conjunto das reações químicas que ocorrem no interior do organismo.
O metabolismo divide-se em:
- Anabolismo = Reações em que há construção de substâncias complexas a partir de substâncias simples.
Exemplo: síntese de proteínas (macromoléculas) a partir dos aminoácidos.
- Catabolismo = Reações em que há quebra/degradação de substâncias complexas em substâncias simples
Exemplo: a digestão, onde os alimentos (carboidratos, gorduras e proteínas) que foram consumidos são quebrados e transformados em substâncias mais simples.
O metabolismo celular representado no esquema abaixo, é o conjunto de todas as reações químicas, de catabolismo e de anabolismo, que ocorrem nas células de todos os seres vivos a partir dos materiais que a elas chegam. Tais reações são acompanhadas por transferências de energia.
ATP: a moeda energética dos seres vivos
A energia obtida das moléculas orgânicas degradadas é primeiramente armazenada em moléculas de trifosfato de adenosina (ATP).
As ligações químicas entre os fosfatos (P) do ATP são chamadas de ligações de alta energia. O ATP normalmente é sintetizado através da adição de um grupo fosfato inorgânico a uma molécula precursora com dois fosfatos, o ADP.
A energia liberada pela quebra da ligação entre o segundo e o terceiro fosfato será transferida para o metabolismo celular
Respiração celular e fotossíntese
A respiração celular e a fotossíntese são processos diferentes, mas interligados.
Na respiração celular, ocorre a liberação de energia para ser utilizada pelo organismo, no entanto, essa energia é produzida por outro processo, a fotossíntese.
A fotossíntese produz moléculas orgânicas nos organismos produtores fotossintetizantes, como plantas e algas. Assim, os organismos heterotróficos (consumidores), como os animais, obtêm essas moléculas por meio da alimentação, seja alimentando-se de organismos produtores, seja de outros heterotróficos.
Os processos de respiração celular e fotossíntese estão interligados:
REPIRAÇÃO CELULAR
Figura resumindo as etapas da respiração celular:
QUÍMIOSSÍNTESE
A quimiossíntese é o processo em que seres autotróficos produzem energia por meio da oxidação de compostos inorgânicos. Alguns deles são o sulfeto de hidrogênio, amônia, sais de ferro, etc.
Tais compostos inorgânicos são utilizados pra sintetizar compostos orgânicos, a partir do gás carbônico e da água. Os principais organismos que realizam a quimiossíntese são as bactérias e árqueas.
Um bom exemplo são as bactérias nitrificantes, que vivem no solo e são essenciais pra ciclagem do nitrogênio. Elas utilizam a energia da oxidação de íons amônio ou íons nitrato, pra síntese de compostos orgânicos.
Etapas da quimiossíntese
A quimiossíntese possui duas etapas:
- -Na primeira etapa ocorrem as reações de oxirredução, que permitem a obtenção de prótons e elétrons pra produzir NADPH e ATP.
1ª etapa: Íon amônio (NH+4) + O2 → Nitrito (NO-2 )+ Energia (ATP);
- Na segunda etapa, o gás carbônico (CO2) é incorporado pra produzir matéria orgânica. Confira as equações de cada etapa:
2ª etapa: 6 CO2 + 6 H2O + Energia → C6 H12 O6 + 6 O2.
Diferença entre quimiossíntese e fotossíntese
A cadeia respiratória é composta por uma série de proteínas aceitadoras de elétrons, com níveis energéticos sucessivamente menores. Estas proteínas encontram-se inseridas na membrana mitocondrial interna.
A quantidade de energia mais significativa que resultou da oxidação da glicose encontra-se nas moléculas reduzidas NADH e FADH2, cujos elétrons (e-) se encontram num nível energético elevado e vão participar na cadeia respiratória de acordo com o que ocorre nesta animação abaixo:
https://imagem.casadasciencias.org/online/39116005/respirao_aerbia.html
A oxidação completa da glicose, processo complexo nos seus pormenores, é simples na sua concepção global. A molécula de glicose decompõe-se e os átomos de Hidrogénio separam-se dos átomos de Carbono e combinam-se com o Oxigénio formando água.
A maioria dos organismos não se alimenta diretamente de glicose. Lipídios e aminoácidos podem também ser fonte de energia:
A fermentação é um processo de obtenção de energia que ocorre sem a presença de gás oxigênio, portanto, trata-se de uma via de produção de energia anaeróbia. Nesse processo, o aceptor final de elétrons é uma molécula orgânica. Essa via é muito utilizada por fungos, bactérias e células musculares esqueléticas de nosso corpo que estão em contração vigorosa.
Observe o esquema que ilustra o processo de fermentação.
A fermentação ocorre no citosol e inicia-se com a glicólise, quando ocorre a quebra de glicose em duas moléculas de piruvato. Percebe-se, portanto, que inicialmente esse processo é semelhante à respiração celular.
Alguns tipos de fermentação:
O rendimento da fermentação é bastante pequeno quando comparado ao da respiração celular. Enquanto nesse processo é obtido apenas 2 ATP, na respiração, temos um saldo final de 30 ATP.
Curiosidade: Quando estamos praticando exercícios físicos, frequentemente sentimos dor muscular, também chamada de fadiga muscular. Isso ocorre porque as células musculares não recebem a quantidade de oxigênio necessária para realizar a respiração celular e passam a quebrar glicose de forma anaeróbia, produzindo ácido láctico. O acúmulo desse ácido faz com que as pessoas sintam dor. Para saber mais sobre a fermentação láctica no músculo
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