Organelas e metabolismo energético da célula

Plastos Organelas citoplasmáticas também chamados de plastídios, presentes apenas em células de plantas e de algas, se originam de pequenas bolsas presentes em células embrionárias chamadas proplastos. Podem ser de três tipos básicos: Leucoplastos (incolores): presentes em raízes e caules tuberosos. Função: armazenamento de amido. Cromoplastos (amarelos ou vermelhos): responsáveis pelas cores dos frutos, flores e folhas que ficam avermelhadas e amareladas no outono e de algumas raízes como a cenoura. Função: atrair animais polinizadores e comedores de frutos. Cloroplastos (verdes): responsáveis pelo processo de fotossíntese. Possuem um pigmento chamado clorofila.

Cloroplastos Responsável pela realização da fotossíntese, processo que permite a produção de carboidratos, utilizados como combustível celular. O cloroplasto possui duas membranas uma externa lisa e uma interna ramificada que delimita uma matriz incolor, constituída basicamente por água e proteínas, o estroma. No estroma, encontram-se DNA e RNA, o que explica a capacidade de duplicação do cloroplasto independente da célula. As ramificações são as lamelas e nelas se encontram pequenas placas chamadas de tilacoides, uma pilha de tilacoides são chamadas de granum, o plural é chamado de grana.

Mitocôndrias Presentes em praticamente todas as células eucarióticas. É em seu interior que ocorre a respiração celular, para obtenção de energia para os seres vivos. Em seu interior na matriz mitocondrial existe DNA e RNA, diversas enzimas e ribossomos. Acredita-se que são descendentes de seres procariontes, por possuírem RNA, DNA, capacidade de se autoduplicar e semelhança genética e bioquímica e que se instalaram no citoplasma de células eucarióticas primitivas (TEORIA ENDOSSIBIÓTICA). Em animais e plantas com reprodução sexuada, essas organelas tem sempre origem materna.

Metabolismo Energético

Para a execução de seus processos vitais, os seres vivos consomem energia. Por meio da fotossíntese a energia solar é transformada em energia química e armazenada nas ligações químicas dos carboidratos. A energia contida nos carboidratos pode ser liberada a partir de processos como respiração aeróbia e fermentação.

O papel do ATP Também denominado trifosfato de adenosina, é um nucleotídeo encontrado em todas as células vivas. Formado por uma base nitrogenada, a adenina, uma pentose, que é a ribose, e três fosfatos.

É uma molécula fundamental para a ocorrência do metabolismo energético. Na fotossíntese, atua como intermediário entre clorofila (que capta a energia luminosa) e as ligações químicas dos carboidratos, onde a energia química fica armazenada. Na respiração, a energia liberada a partir da degradação de carboidratos vai sendo armazenada nas moléculas de ATP, que serão posteriormente utilizadas nas atividades que exigem energia. O ATP quando sofre hidrólise, fornece energia utilizada no trabalho celular, sendo convertido em ADP e Pi (fósforo inorgânico). Quando existe energia disponível, o ADP sofre fosforilação, ou seja, incorpora mais um fósforo à sua molécula, formando um ATP.

Processos Energéticos Celulares Respiração Celular Objetivo: produção de ATP (energia); O gás oxigênio atua como agente oxidante de moléculas orgânicas; Moléculas principalmente de glicose são degradadas, formando gás carbônico, água e liberação de energia; A equação geral da respiração aeróbia da glicose é: C6H12O6+6O2+30ADP+30Pi------6CO2+6H2O+30ATP

Processos Energéticos Celulares A respiração celular da glicose ocorre em três etapas: Glicólise (interior do citosol, ausência de O2); Ciclo de Krebs (interior da mitocôndria, presença de O2); Cadeia respiratória (interior da mitocôndria, presença de O2);

Glicólise (interior do citosol) Etapa anaeróbia (não necessita de oxigênio). Seqüência de 10 reações químicas catalisadas por enzimas livres no citosol, em que uma molécula de glicose (com 6 carbonos) é quebrada em duas moléculas de ácido pirúvico ou piruvato (possui 3 carbonos cada) com produção quatro moléculas de ATP e 2 NADH2 (molécula transportadora de elétrons –energia), porém para ocorrer foram gastos 2 ATPs. Saldo: 2 ATPS e 2 NADH2.

Ciclo de Krebs (interior da mitocôndria- matriz mitocondrial) Ácido pirúvico ao entrar na mitocôndria perde um carbono e forma gás carbônico. Para ocorrer a quebra do carbono é necessária a presença de oxigênio. Ao perder o carbono vira acetil, o mesmo reagirá com uma substância chamada Coenzima A (CoA), produzindo uma molécula de acetilcoenzima A (acetilcoA). Ao longo de oito reações são liberadas moléculas de gás carbônico, elétrons de alta energia NADH2, FADH2 e ATP.

Fosforilação Oxidativa- cadeia respiratória Refere-se justamente à produção de ATP, pois a adição de fosfato ao ADP para formar ATP é uma fosforilação. É chamada de oxidativa porque ocorrem diversas oxidações seqüenciais , nas quais o grande agente oxidante é o gás oxigênio.

Cadeia Respiratória- cristas mitocondriais Consiste em “pegar” todos os FAH2 e NADH2 produzidos na glicólise e ciclo de Krebs para formar ATPs. Nesta etapa há participação de diversas proteínas da membrana, que tiram os hidrogênios das moléculas (FADH2 e NADH2) e liberam elétrons. Os hidrogênios liberados tentarão voltar para a parte interna da mitocôndria e só conseguirão entrar pela enzima ATP sintetase, dessa forma será gerado ATP a partir do ADP e Pi. O oxigênio é necessário para que ocorra o processo. Os elétrons resultantes da cadeia respiratória são captados por moléculas de oxigênio, funcionando como aceptores finais de elétrons, produzindo água junto com hidrogênio.

Saldo de ATPS: 38 ou 36, no final do processo a cada quebra de uma molécula de glicose.

Fermentação Processo de obtenção de energia em que substâncias orgânicas do alimento são degradadas, originando moléculas menores. Processo utilizado por fungos e bactérias que vivem em locais pobres em oxigênio.Nossas próprias células também fazem fermentação se faltar oxigênio para a respiração celular. Processo menos eficiente do que a respiração, pois produz duas moléculas de ATP a cada molécula de glicose degradada, contra 36 ou 38 ATPs do processo de respiração aeróbia (atualmente acredita-se que são 30 ATPs).

Tipos de fermentação Fermentação láctica: ácido pirúvico se transforma em ácido láctico. Ex.: bactérias que fermentam o leite e tecido muscular (fadiga muscular). Fermentação alcoólica: ácido pirúvico transforma-se em etanol e gás carbônico. Ex.: leveduras utilizadas na fabricação de pães e bebidas alcoólicas.

Fotossíntese Processo em que seres autotróficos produzem substâncias orgânicas. Para ocorrer precisa das luz, gás carbônico e água, e gera como produtos glicídios e gás oxigênio. Consiste em dezenas de reações que podem ser divididas em duas etapas: etapa fotoquímica e etapa puramente química.

Etapa fotoquímica Fotofosforilação e produção de ATP Processo de produção de ATP que utiliza energia proveniente da luz. A energia luminosa excita os elétrons da clorofila que saltam para fora da molécula passando de uma substância aceptora para outra até chegar na NADP+ . A energia liberada pelos elétrons é utilizada para forçar a passagem de prótons através das membranas tilacóides, ao se acumularem dentro dos tilacóides aumenta sua tendência em sair para o estroma novamente, para isso terão de passar pela sintetases do ATP, produzindo ATPs.

Fotólise da água A clorofila perde elétrons pela excitação luminosa e recupera retirando-os da molécula de água. Ao ter elétrons removidos, as moléculas de água decompõem-se em íons hidrogênio e átomos livres de oxigênio, que se juntam formando gás oxigênio.

Etapa puramente química- Ciclo das Pentoses Conjunto de reações responsável pela produção de glicídios a partir de CO2 (proveniente do ar), ATP (que foi formado na fotofosforilação) e os hidrogênios (provenientes da água quebrada na fotólise). As moléculas de glicídios podem seguir dois caminhos: Sair do cloroplasto e transformar-se em sacarose no citosol. Ficar no cloroplasto e ser convertido em amido. Durante a noite esse amido é transformado em sacarose e sai para o citosol, sendo levado para o floema.

Fatores externos que influenciam a fotossíntese Concentração de CO2 Aumentando-se a concentração de CO2 verifica-se que ocorre um aumento na velocidade da fotossíntese, até se atingir um ponto de saturação, pois as enzimas que catalisam a captação do CO2 ficam saturadas.

Fatores externos que influenciam a fotossíntese Temperatura O aumento de temperatura estimula o aumento da fotossíntese até um certo ponto, quando, então, as enzimas correm o risco de desnaturação.

Fatores externos que influenciam a fotossíntese Intensidade luminosa Mantendo-se constantes a concentração de CO2 e a temperatura, pode-se verificar que com o aumento da intensidade luminosa, ocorre um aumento da velocidade da fotossíntese. Isso acontece até um certo ponto, pois o fator limitante pode ser a quantidade de clorofila (ponto de saturação luminosa – PSL).

Ponto de compensação fótica Em uma certa intensidade luminosa, a fotossíntese e a respiração se equivalem. Nesse caso, todo o O2 gerado na fotossíntese é utilizado na respiração e todo CO2 produzido pela respiração é usado na fotossíntese. Toda glicose produzida é consumida. É o chamado ponto de compensação fótica ou luminosa. Para uma planta sobreviver e crescer, deve manter sua taxa de fotossíntese acima do PCF.

Ponto de compensação fótica

Quimiossíntese Processo em que a energia utilizada na formação de compostos orgânicos, a partir de CO2 e água, provém da oxidação de substâncias inorgânicas. Realizada por algumas bactérias chamadas de bactérias quimiossintetizantes. Ex.: Ferrobactérias: utilizam a energia química proveniente da oxidação de compostos de ferro para a síntese de matéria orgânica;