18 de mai. de 2012

Como as células obtêm energia - Respiração Celular


Assim como a locomotiva a vapor e os atuais motores a combustão usados nos automóveis, os seres vivos também obtêm energia por meio da “queima” de compostos de carbono. Entretanto, em termos de rendimento energético, a “máquina” biológica é insuperável (mais de 40% de aproveitamento da energia liberada na combustão enquanto os melhores motores aproveitam NO MÁXIMO 25%).
Conhecer os processos biológicos de obtenção de energia é de fundamental importância para entender o metabolismo.

As células necessitam de um suprimento constante de energia para manter sua organização e funcionamento. Essa energia é obtida pela degradação de moléculas orgânicas do alimento. Entretanto, a energia liberada nessa degradação não pode ser utilizada diretamente nas atividades celulares; ela precisa antes ser transferida para moléculas de uma substância armazenadora de energia, o trifosfato de adenosina, mais conhecido pela sigla ATP.
O ATP é um armazenador temporário de energia na célula e atua como “moeda energética”. Todos os seres vivos utilizam moléculas de ATP em suas células.



O ATP é uma molécula formada por uma base nitrogenada, a adenina, por um glicídio, a ribose, e por três fosfatos. As ligações químicas entre os fosfatos são ligações de alta energia. Quando elas são quebradas, sua energia pode ser transferida a diversos processos químicos intracelulares.
A manutenção da atividade vital demanda grande quantidade de ATP. O estoque dessa substância em uma única célula é da ordem de um bilhão de moléculas, utilizadas e repostas a cada dois ou três minutos, ininterruptamente.
No processo de degradação de moléculas orgânicas do alimento, parte da energia liberada é utilizada para sintetizar ATP, a partir de ADP e Pi (fosfato inorgânico), e o restante é perdido na forma de calor. Quando uma atividade celular necessita de energia, o ATP é degradado a ADP e Pi, e a energia liberada nessa reação é utilizada para suprir a demanda energética da célula.



Respiração celular

A maioria dos seres vivos atuais obtém energia por meio da respiração celular, também chamada de aeróbica por utilizar oxigênio atmosférico. Nesse processo, que ocorre no interior das mitocôndrias das células eucarióticas, substâncias nutrientes reagem com o gás oxigênio, liberando energia. Parte dessa energia é armazenada em moléculas de ATP.
Quando uma molécula de glicose reage com 6 moléculas de gás oxigênio, formam-se 6 moléculas de gás carbônico e 6 moléculas de água. A energia liberada nesse processo é suficiente para a fabricação de cerca de 38 moléculas de ATP.

  

 A respiração celular compõem-se de três etapas: glicólise, ciclo de Krebs e cadeia respiratória.

  • GLICÓLISE – o termo significa quebra da glicose.
Essa etapa inicial ocorre no liquido citoplasmático celular e cada molécula de glicose é quebrada em duas moléculas de ácido pirúvico.
No início da glicólise, a célula gasta energia, que é “investida” para ativar a glicose. Para cada molécula de glicose que entra no processo, a célula investe duas moléculas de ATP. Esse investimento, no entanto, é “pago com juros”, pois a energia liberada na glicólise é suficiente para a fabricação de 4 moléculas de ATP, além de serem liberados elétrons energizados e íons H+. Os elétrons e os íons são capturados por moléculas de uma substância conhecida como NAD (sigla do inglês Nicotinamide Adenine Dinucleotide) e levados às mitocôndrias, nas quais participam dos processos de fabricação de mais ATP.


A glicólise libera apenas parte da energia disponível na molécula de glicose; o restante continua armazenado nas moléculas de ácido pirúvico e será liberado no ciclo de Krebs, que ocorre no interior das mitocôndrias.

  • CICLO DE KREBS – também chamado de ciclo do ácido cítrico.
O ácido pirúvico produzido na glicólise origina uma molécula de gás carbônico e uma de acetil, a qual dará início ao ciclo de Krebs.


 O ciclo se compõe de oito reações seqüenciais, em que a acetil é completamente degradada. Os produtos finais do ciclo de Krebs são duas moléculas de gás carbônico, elétrons energizados e íons H+. Estes dois últimos serão usados para produzir ATP na cadeia respiratória.


  •   CADEIA RESPIRATÓRIA – também chamada de cadeia transportadora de elétrons.
Na cadeia respiratória, os elétrons energizados, provenientes das outras etapas, passam por proteínas que ficam enfileiradas na membrana interna da mitocôndria, em uma sequência definida, liberando gradativamente seu “excesso” de energia. Essa energia é usada para forçar a passagem dos íons H+ para o espaço entre as duas membranas mitocondriais.
Os íons acumulados a força no espaço entre membranas tendem a se difundir de volta para a matriz da mitocôndria, mas só pode fazê-lo passando através de um conjunto de proteínas situado na membrana interna, chamado ATP sintetase. Essa proteína pode ser comparada à turbina de uma usina hidrelétrica: ao ser “movimentada” pela passagem de íons, ela produz energia para fosforilar moléculas de ADP, isto é, para anexar um fosfato ao ADP, transformando-o em ATP. Esse conjunto de reações é chamado de fosforilação oxidativa.
De volta ao interior da mitocôndria, os íons H+ combinam-se com os elétrons transportados pela cadeia respiratória e com átomos provenientes do gás oxigênio (atmosférico), formando água.
 


Visão geral da respiração: localização das etapas. A glicólise ocorre no citosol, o ciclo de Krebs na matriz mitocondrial e a cadeia respiratória na membrana interna mitocondrial.







8 de mai. de 2012

Componentes Orgânicos


Vitaminas – são substâncias orgânicas de natureza química heterogênea; possuem várias funções, mas NUNCA estrutural ou energética.
Proteínas – essencialmente estruturais, mas também atuam como transportadoras e reservas energéticas.
Lipídios – também conhecidos como gorduras e óleos; possuem função estrutural, reserva energética, isolamento, entre outras.
Carboidratos – também chamados de glicídios ou açúcares; são fonte de energia, mas também participam de estruturas de proteção, revestimento e sustentação.
Ácidos nucleicos – formam o ATP, o DNA e o RNA.


Vitaminas

Termo criado em 1911 pelo polonês Casimir Funk, as “aminas da vida” são substâncias orgânicas de natureza química heterogênea, que o organismo não consegue produzir e necessárias em pequenas quantidades para seu bom funcionamento.
As fontes naturais das vitaminas são os alimentos. Cada vitamina tem um papel biológico específico, portanto, nenhuma vitamina pode substituir outra.
Costumam ser classificadas como hidrossolúveis ou lipossolúveis.

Lipossolúveis
A (retinol) – participa da composição do pigmento que sensibiliza a retina. Sua deficiência causa cegueira noturna, que se caracteriza pela má adaptação a ambientes pouco iluminados. Pode levar à cegueira total.
D (calciferol) – ativada pela radiação solar, fixa o fosfato de cálcio nos ossos. Sua deficiência causa raquitismo.
K – atua na coagulação sanguínea. Sua falta causa hemorragias.

Hidrossolúveis
Complexo B
C (ácido ascórbico) – mantém a integridade dos vasos sanguíneos e saúde dos dentes. Sua falta causa hemorragias, perda de dentes e de cabelo, fraqueza e anemia, doença hoje conhecida como escorbuto.

Componentes Inorgânicos


Água
A vida na Terra começou na água e, ainda hoje, a ela se associa. Só há vida onde há água. As propriedades da água que a tornam fundamental para os seres vivos se relacionam com sua estrutura molecular que é constituída por dois átomos de hidrogênio ligados a um átomo de oxigênio por ligações covalentes. Embora a molécula como um todo seja eletricamente neutra, a distribuição do par eletrônico em cada ligação covalente é assimétrica, deslocada para perto do átomo de oxigênio.


Assim, a molécula tem um lado com predomínio de cargas positivas e outro com predomínio de cargas negativas. Moléculas assim são chamadas polares. Quando os átomos de hidrogênio da molécula de água (com carga positiva) se colocam próximos ao átomo de oxigênio de outra molécula de água (com carga negativa), se estabelece uma ligação entre eles, denominada ligação de hidrogênio (ponte de hidrogênio).


Essa ligação garante a coesão entre as moléculas, o que mantém a água fluida e estável nas condições habituais de temperatura e pressão. Algumas das mais importantes propriedades da água se relacionam com suas ligações de hidrogênio:
1) Tensão superficial: coesão entre as moléculas da superfície, formando uma "rede".



2) Capilaridade: capacidade de penetrar em espaços reduzidos, o que permite à água percorrer os microporos do solo, tornando-se acessível às raízes das plantas, além de subir pelos vasos condutores de seiva.



3) Calor específico elevado: as moléculas de água podem absorver grande quantidade de calor sem que sua temperatura fique elevada, pois parte desta energia é utilizada no enfraquecimento das ligações de hidrogênio. Isso explica o papel termorregulador da água por meio da transpiração que mantém a temperatura em valores compatíveis com a manutenção da vida das diferentes espécies.
4) Capacidade solvente: a polaridade da molécula de água explica a eficácia em separar partículas entre si, pois o caráter polar da água tende a diminuir as forças de atração dos íons encontrados em sais e em outros compostos iônicos, favorecendo a dissociação dos mesmos. Os dipolos da água envolvem os cátions e ânions (solvatação), impedindo a união entre essas partículas carregadas eletricamente.


Alguns dos principais papéis da água nos seres vivos são:
1) Solvente da maioria dos solutos, o que permite a ocorrência das reações químicas (chamada solvente universal).
2) As reações catalisadas por enzimas só ocorrem na água. Em algumas reações, a água participa também como substrato (reações de hidrólise).
3) As substâncias se distribuem pelo interior da célula graças ao contínuo fluxo de água no seu interior (ciclose).
4) Os sistemas de transporte dos animais (sistema circulatório) e dos vegetais (vasos condutores) usam a água como meio de distribuição de substâncias.
5) Devido ao seu elevado calor específico, a abundante presença de água nos seres vivos impede grandes variações de temperatura.
6) Age como lubrificante nas articulações, nos olhos e, misturada aos alimentos, como saliva, facilita a deglutição.

A água é a substância mais abundante em todos os seres vivos. No homem, representa cerca de 65% de sua massa. A proporção varia de uma espécie para outra (mais de 95% da massa dos celenterados), de acordo com a idade (diminui com o envelhecimento), com o sexo e de um tecido para outro. No homem, perdas maiores que 15% da massa de água (desidratação) podem ter conseqüências graves, pela diminuição do volume de líquido circulante. 


Sais Minerais

Os sais minerais são encontrados nos organismos sob duas formas básicas: insolúvel e solúvel.
Acham-se na forma insolúvel quando participam de estruturas como esqueletos e cascas de ovos, por exemplo.
Sob a forma solúvel, encontram-se em forma de íons. Podem atuar como ativadores de enzimas, componentes estruturais de moléculas orgânicas, participar de manutenção do equilíbrio osmótico, entre outras funções.
Os sais mais importantes são:

1.     Cálcio
Na forma de carbonatos e fosfatos constituem os principais componentes químicos do esqueleto de corais e vertebrados, respectivamente.
Na forma de íon (Ca2+) atua na coagulação sanguínea, contração muscular e transmissão de impulsos nervosos.

2.    Ferro
Participa da constituição da hemoglobina, pigmento respiratório presente nas hemácias (glóbulos vermelhos). Combina-se com o oxigênio, gás fundamental para respiração celular aeróbia, e o transporta através da corrente sanguínea para todas as células do corpo.

3.    Fósforo
Na forma de fosfato (PO43-), é componente importante dos ossos e dos dentes; essencial para o armazenamento e transferência de energia no interior das células (componente do ATP); componente estrutural do DNA e do RNA.

4.    Iodo
Componente dos hormônios da tireoide (T3 e T4), que estimulam o metabolismo. Quando a dieta é pobre em sais de iodo, a glândula tireoide cresce exageradamente, surgindo então o Bócio Endêmico. No combate ao bócio, por lei federal, o sal de cozinha é enriquecido com sais de iodo.

5.    Magnésio
Necessário para o funcionamento normal dos nervos e músculos. Além disso, é componente estrutural de coenzimas e da clorofila.

6.    Potássio
Influencia a contração muscular e a atividade dos nervos. Além disso, atua no controle osmótico celular (quantidade de água dentro e fora da célula)

7.    Sódio
Participa do controle osmótico celular e é essencial para a condução do impulso nervoso.


8.    Cloro
Participa do controle osmótico celular e da digestão de seres humanos (ácido clorídrico – HCl).

9.    Flúor
Participa, juntamente com os sais de cálcio e fósforo, do processo de mineralização do esmalte dos dentes, além de inibir o desenvolvimento de bactérias causadoras da cárie e da placa dentária.