Utilização dos materiais que chegam às células

Metabolismo celular Conjunto de reacções químicas que ocorrem numa célula. É através do metabolismo que é feita a gestão de recursos materiais e energéticos da célula.

Como é mobilizada a energia nas reacções metabólicas? Resolva o Doc. 1 da página 124 do manual Sugestão de resposta ao Doc. 1

O metabolismo celular inclui reacções de: Catabolismo – moléculas complexas são convertidas em moléculas mais simples, com libertação de energia (exoenergéticas). Anabolismo – síntese de moléculas complexas a partir de moléculas simples, com gasto de energia (endoenergéticas). As reacções de catabolismo e anabolismo relacionam-se de tal forma que a energia libertada pelas primeiras é utilizada nas segundas.

No mundo biológico existem processos de catabolismo que ocorrem na presença de oxigénio, aerobiose, ou na ausência de oxigénio, anaerobiose. Estes processos foram estudados por muitos investigadores desde o século passado. A actividade experimental que se segue é baseada numa experiência realizada por Louis Pasteur.

Resultados obtidos: Apesar da quantidade de glicose consumida ter sido igual em ambas as garrafas: - O número de leveduras obtido foi maior na garrafa B do que na A; Registou-se um aumento de temperatura em ambas as garrafas. Conclusão

As leveduras são fungos unicelulares capazes de mobilizar energia da glicose em meio anaeróbio ou em meio aeróbio, utilizando vias catabólicas diferentes.

Fermentação As leveduras são seres anaeróbios facultativos porque conseguem mobilizar a energia de compostos orgânicos em condições de anaerobiose e de aerobiose. Mas existem outros seres em que a mobilização de energia a partir da degradação de compostos orgânicos se realiza exclusivamente por fermentação em meios desprovidos de oxigénio. São seres anaeróbios obrigatórios.

Sugestão de resposta ao Doc. 2 Fermentação alcoólica e fermentação láctica. O que há de comum? Em que diferem? Resolva o Doc. 2 da página 128 do manual Sugestão de resposta ao Doc. 2

A fermentação alcoólica, tal como a fermentação láctica, compreende duas fases sequenciais: Glicólise; Redução do ácido pirúvico.

Glicólise (glykýs = açúcar + lýsis = dissolução, libertação) Esta fase ocorre no hialoplasma da célula pois é nele que se localizam as enzimas que catalisam as diversas reacções.

Redução do ácido pirúvico O ácido pirúvico, ou moléculas orgânicas que se formam a partir dele, são aceptoras dos electrões do NADH, o que permite regenerar o NAD+. O NAD+ pode, assim, voltar a ser utilizado na oxidação da glicose com formação de 2 ATP. Os produtos finais da fermentação dependem da molécula orgânica que é produzida a partir do ácido pirúvico.

Fermentação alcoólica

Fermentação láctica

O rendimento energético quer da fermentação alcoólica quer da fermentação láctica é de 2 ATP resultantes da glicólise. Grande parte da energia da glicose permanece nas moléculas de etanol ou do ácido láctico (compostos altamente energéticos).

Aplicações práticas de processos de fermentação Fabrico do pão Fabrico de bebidas alcoólicas Fabrico de produtos lácteos fermentados

Actualmente os conhecimentos sobre as reacções químicas em que estão envolvidos microrganismos conduziram ao desenvolvimento de tecnologias mais sofisticadas aplicadas na indústria alimentar. A biotecnologia moderna tem permitido melhorar os métodos utilizados na indústria alimentar, aumentando a produtividade, a variedade e a qualidade dos alimentos fabricados.

Um outro aspecto com o qual a Humanidade desde cedo se debateu relaciona-se com a necessidade de conservação dos alimentos, que se alteram rapidamente após a sua colheita. As alterações de alimentos por acção microbiana revestem-se de grande importância porque se trata do tipo de deterioração mais comum no armazenamento de produtos alimentares, conduzindo a perdas económicas muito significativas. Por outro lado, se esses produtos deteriorados chegarem ao consumidor, podem constituir graves riscos para a saúde pública.

A conservação dos alimentos constitui, portanto, um aspecto da máxima importância na indústria alimentar e também nas nossas casas. Os métodos de conservação de alimentos têm como finalidade retardar ou impedir a sua deterioração, mantendo, tanto quanto possível, as suas qualidades nutricionais.

Exemplos de alimentos conservados Acção sobre os microrganismos Até ao século XIX os métodos de conservação eram limitados. Processos clássicos Exemplos de alimentos conservados Acção sobre os microrganismos Salga Carnes, peixes Na presença de uma solução hipertónica as células dos microrganismos ficam plasmolisadas e morrem. Solução de açúcar Compotas, geleias Devido à hipertonicidade da solução ocorre a destruição de microrganismos. Vinagre Pimentos, pepinos Acidificação dos alimentos, tendo uma acção microbicida significativa. Secagem ao sol Carnes, peixes, frutos A desidratação dos alimentos e dos microrganismos a eles associados torna-os inactivos por diminuição da quantidade de água. Defumação (muitas vezes depois da salga) Impregnando a superfície dos alimentos com compostos antimicrobianos existentes no fumo da madeira, fica inibido o crescimento de microrganismos.

Actualmente, além de se utilizarem ainda processos de conservação clássicos, mas com técnicas mais elaboradas, muitos outros processos de conservação se aplicam, por vezes, associando alguns deles.

Conselhos de armazenamento pelo consumidor Alguns tratamentos de conservação actuais Efeitos Exemplos de alimentos Conselhos de armazenamento pelo consumidor Calor Esterilização Temperatura igual ou superior a 100ºC em recipientes fechados Destruição dos microrganismos Conservas de alimentos cozinhados, por exemplo em lata (peixes, tomates, etc) Longa duração à temperatura ambiente. Pasteurização Temperatura inferior a 100ºC durante algum tempo Destruição microbiológica parcial Leite, charcutaria Conservação no frigorífico. Ultrapasteurização (UHT) Temperatura de 183ºC durante 2 s Leite Conservação à temperatura ambiente enquanto a embalagem estiver fechada. Frio Crioconservação ou congelação Temperatura inferior ou igual a -30ºC Paragem do metabolismo microbiano Carne, peixe Conservação pelo menos a -18ºC, mantendo a mesma temperatura até à sua utilização. Irradiação Por radiações UV ou por radiações ionizantes emitidas por isótopos radioactivos. Destruição de microrganismos Batatas, cebolas Pouco utilizado Liofilização Desidratação no vácuo de produtos congelados Inactivação dos microrganismos Leite em pó, sopas em pó, café instantâneo Temperatura ambiente. Aditivos alimentares Adição de substâncias químicas, geralmente em pequenas quantidades Inibição da actividade dos microrganismos Fiambre, presunto, sumos Temperatura ambiente

Respiração aeróbia A energia do ácido pirúvico é utilizada por um grande número de seres vivos. Efectivamente, o ácido pirúvico em presença de oxigénio livre, entra numa cadeia de reacções enzimáticas que permitem a oxidação, originando compostos mais simples, CO2 e H2O. É no interior das mitocôndrias, estruturas das células eucarióticas, que ocorrem etapas fundamentais da respiração aeróbia.

Qual a relação entre as mitocôndrias e a respiração aeróbia? Resolva o Doc. 3 da página 134 do manual Sugestão de resposta ao Doc. 3

Para além dos processos de fermentação e de respiração aeróbia existem seres vivos, como certas bactérias, que vivem em meios privados de oxigénio e que utilizam um mecanismo de mobilização de energia designado por respiração anaeróbia. Neste processo o aceptor final de electrões é um ião inorgânico, como o NO3- ou SO42+, e não o oxigénio.

Comparação entre o rendimento energético da respiração aeróbia e da fermentação

Uma vez conhecido o rendimento energético em termos de moléculas de ATP por mole de moléculas de glicose, é possível calcular a percentagem da energia potencial da glicose aproveitada em cada um dos processos catabólicos. Da energia restante uma parte fica retida nos produtos finais e a maior parte é libertada sob a forma de calor, o que em certos animais permite a manutenção da temperatura do corpo.

Há situações em que os processos de fermentação e de respiração aeróbia coexistem. Nas células musculares, a renovação permanente de ATP pode efectuar-se por diferentes vias catabólicas, nomeadamente a respiração aeróbia e a fermentação láctica. Em caso de exercício físico intenso, as células musculares humanas, por não receberem oxigénio em quantidade suficiente, podem, desta forma, sintetizar uma quantidade suplementar de ATP.

A acumulação de ácido láctico nos músculos é responsável pelas dores musculares que surgem durante estes períodos de intenso exercício. O ácido láctico sintetizado nos músculos é rapidamente metabolizado no fígado, sob pena de se tornar altamente tóxico para o nosso organismo.