Aula Programada

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Biologia

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Tema:

Respiração celular

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Citologia e Respiração celular

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No Enem, este assunto é abordado no caderno de Ciências da Natureza, mas pode aparecer em outras partes do exame

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Citologia �De forma básica, podemos dividir todas as células em duas categorias: Procariontes e Eucariontes

• Células procariontes
• Estas são as mais simples, as primeiras a surgirem. Têm uma estrutura rudimentar e são representadas pelo Reino Monera, que é constituído pelas bactérias.

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• Elas contêm componentes soltos no Citoplasma, sem a presença de membrana que cria espaço para eles, mas, sim segmentos de DNA dispersos no interior da célula. Na prova, geralmente elas aparecem com o nome de plasmídeos e cromossomos bacterianos.

Citologia �De forma básica, podemos dividir todas as células em duas categorias: Procariontes e Eucariontes

• De forma geral, as células eucariontes são muito mais complexas e tomam a maior parte da Citologia. Elas estão presentes em vegetais, fungos, protistas e animais
• diferenciação entre células animais e vegetais. Isso porque as vegetais reúnem cloroplastos, vacúolo central e parede celular composta por celulose
• Já as células animais apresentam centríolos e lisossomos. Além disso, outra diferença entre ambas é que o carboidrato de reserva dos animais é glicogênio e, nos vegetais, é o amido

Citologia �De forma básica, podemos dividir todas as células em duas categorias: Procariontes e Eucariontes

• O citoplasma é o cara mais atarefado na estrutura das células eucariontes. O fluido citoplasmático é composto por água, proteínas, sais minerais e açúcares.
• O Citoesqueleto realiza a manutenção da forma da célula, sendo responsável por:
• Transporte intracelular
• Emissão de pseudópodes
• É na membrana plasmática que se encontra o glicocálix, estrutura de reconhecimento celular formada por açúcares e proteínas, além do colesterol (só nas células animais).
• A membrana plasmática funciona por meio do mosaico fluido – todos os seus componentes ficam em livre movimento

Principais organelas

• Ribossomos: responsáveis por sintetizar as proteínas. São formados por RNA ribossomal e se dividem nos que serão utilizados para ações dentro da célula e nos que sintetizam proteínas para exportação;
• - Retículo endoplasmáticos: existem dois:
• Reticulo liso (faz síntese de lipídeos, colesterol e hormônios esteroides.
•  No fígado, ele é fundamental no papel de detoxificação, destruindo ou modificando substâncias tóxicas como o álcool e também tem função de armazenamento, especialmente nos vegetais, já que vacúolos derivam desse retículo);
• Retículo rugoso: membrana repleta de ribossomos aderidos. Ela faz a síntese de proteínas exportadas ao meio extracelular e tem função de armazenamento, transformação, empacotamento e secreção de substâncias recebidas no retículo
•  Complexo de Golgi: formado por bolsas membranosas empilhadas e tem função de armazenamento, transformação, empacotamento, secreção de substâncias recebidas no retículo, principalmente para meio extracelular. Ele também sintetiza glicídios e forma lisossomos, que atuam em pH mais ácido que a célula e são responsáveis pela digestão intracelular de materiais que adentram a célula.

Principais organelas

•  Mitocôndria: é a usina energética da célula e produz ATP por meio do processo de respiração celular. Tem DNA próprio, sempre com herança materna;
• Cloroplasto: tem origem similar à mitocôndria, presente em células vegetais, é repleta de clorofila e responsável pela fotossíntese;
• Centríolos: responsáveis pela divisão celular animal, atuam na movimentação dos cromossomos, formam cílios e flagelos;
• Peroxissomos: metabolizam H2O2 (água oxigenada), porque dentro das organelas há catalase, enzima que quebra água oxigenada em água + O2.

Principais Conceitos para o Enem 

• Metabolismo: 
• É o conjunto de reações químicas que ocorrem nas células para manter a vida, a transformação e a conservação da energia.
• Anabolismo: 
• Reações de construção, onde moléculas simples são unidas para formar moléculas mais complexas e armazenar energia (ex: síntese de proteínas e fotossíntese).
• Catabolismo: 
• Reações de degradação, onde moléculas complexas são quebradas para liberar energia, geralmente em forma de ATP (ex: quebra da glicose).

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Processos Energéticos Fundamentais

• Fotossíntese: 
• Realizada por plantas e algas, transforma energia luminosa em energia química, produzindo matéria orgânica (glicose) e oxigénio a partir de dióxido de carbono e água. 
• Respiração Celular: 
• Processo para extrair energia dos alimentos. 
• Aeróbia: Utiliza oxigénio para degradar completamente a glicose, liberando grande quantidade de ATP. 
• Anaeróbia (Fermentação): Ocorre na ausência de oxigénio, degradando parcialmente a glicose para produzir ATP, sendo um processo mais rápido, porém menos eficiente

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Como o Metabolismo é Cobrado

• Bioenergética: 
• O Enem costuma cobrar a forma como a célula captura e utiliza a energia, especialmente a molécula de ATP. 
• Relação com a célula: 
• Questões podem explorar como os processos metabólicos estão relacionados à estrutura e função das organelas celulares, como as mitocôndrias. 
• Fatores que afetam o metabolismo: 
• O tema pode ser relacionado a condições ambientais, como a presença ou ausência de oxigénio, ou características dos organismos, como o metabolismo de hibernação dos ursos

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Dicas para o Enem

• Foque nos processos de anabolismo e catabolismo, pois são a base do metabolismo. 
• Compreenda as etapas-chave da fotossíntese e da respiração celular, incluindo a fermentação. 
• Relacione a energia (ATP) com as reações e as condições celulares, como a disponibilidade de oxigénio. 
• Esteja atento a questões que conectam o metabolismo celular a processos do dia a dia, como a produção de alimentos ou a adaptação dos seres vivos

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Respiração Celular

Para quê fazer respiração?

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Nos alimentamos diariamente de diversos compostos orgânicos: carboidratos, lipídios, proteínas, todos estes compostos podem servir de fonte de energia para a célula.

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Porém, seria complicado para a célula ter que obter energia diretamente dessas fontes, pois a célula teria que estar equipada com uma quantidade grande de enzimas para realizar esse mecanismo.

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Dessa maneira as células convertem a energia de diversos compostos orgânicos: lipídios, proteínas, carboidratos e armazenam em um só tipo de molécula energética: o ATP

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Modelo Espacial do ATP

Respiração Celular

Estrutura do ATP

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O ATP consiste numa molécula de Adenina, unida a uma molécula de Ribose que se liga a três fosfatos

Como podemos perceber o ATP é um nucleotídeo de RNA

As ligações entre os grupos fosfatos do ATP possui grande quantidade de energia armazenada.

Energia!

Quando o essas ligações são rompidas há liberação de energia que a célula utiliza para realizar trabalho.

O ATP é produzido para fornecer energia para célula imediatamente e não para armazenar energia.

Quando o organismo quer armazenar energia a longo prazo ele o faz convertendo carboidratos em lipídios.

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Então, o objetivo da Respiraçao Celular é converter energia contida em compostos orgânicos em ATP para este fornecer energia para a célula.

Respiração Celular

Visão Geral da Respiração

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O combustível mais comum para as células é a glicose.

C6H12O6

As células obtém energia quando oxidam (queimam) a glicose

A respiração celular é dividida em 3 Etapas

1) Glicólise

2) Ciclo de Krebs

3) Cadeia Respiratória

Respiração Celular

A Mitocôndria

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São organelas alongadas em forma de bastonete, presente em praticamente todas as células eucariotas. Seu número na célula varia de um a centenas dependendo do tipo celular.

Possui 2 membranas: uma externa que possui a função de proteger a organela e outra interna que se dobra formando pregas em várias posições aumentando a área de superfície e formando as Cristas Mitocondriais.

A região limitada pela membrana interna é conhecida como Matriz Mitocondrial. Nesse ambiente estão presentes diversos tipos de proteínas, ribossomos e DNA mitocondrial, além de outros componentes químicos.

Por possuir DNA próprio as mitocôndrias possuem a capacidade de sintetizar suas próprias proteínas, além de se auto-duplicar independentemente da célula.

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A função principal das mitocôndrias é converter a energia química potencial de moléculas orgânicas em uma forma que as células possam utilizá-la. Esse mecanismo de conversão chama-se respiração celular e a moeda energética produzida ATP.

Duas fases da Respiração Celular irão ocorrer nas mitocôndrias

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1. Ciclo de Krebs na Matriz

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• Cadeia Respiratória nas Cristas Mitocondriais

Respiração Celular

Glicólise – 1ª Etapa da Respiração

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Local: Citoplasma da célula

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Glicólise

A glicólise (do grego glykos, açúcar, e lysis, quebra) é uma sequência de 10 reações que ocorrem no citoplasma.

Uma molécula de glicose é quebrada em duas moléculas de Piruvato (Ácido Pirúvico), com saldo líquido de 2 ATPs e 2 NADH.

O NAD+ possui capacidade de captar elétrons energizados e íons H+, sendo assim denominados os transportadores de elétrons hidrogênios da respiração.

A glicose não necessita de oxigênio para ocorrer. As etapas seguintes são aeróbias, só ocorrendo se existir oxigênio disponível. Na falta desse gás o piruvato é convertido em Etanol + CO2 ou Ácido Lático. Processo denominado Fermentação.

Vídeo: glicólise

Respiração Celular

Glicólise – 1ª Etapa da Respiração

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O2 presente

Respiração

Mitocôndria

O2 ausente

Fermentação

Citoplasma

Respiração Celular

Ciclo de Krebs – 2ª Etapa da Respiração

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Local: Matriz Mitocondrial

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2 Piruvato

(3C)

2 NADH

2CO2

CoA

NAD+

Os dois piruvatos produzidos na glicólise no citoplasma migram para a mitocôndria

Cada Piruvato possui 3 carbonos. Ao entrar na mitocôndria um carbono é retirado e sai como CO2.

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Em seguida o piruvato converte-se em Acetil (2C) que reage com a Coenzima A (CoA) formando o Acetil-CoA e NADH.

O Acetil-CoA entra numa seqüência de reações que nós chamamos de Ciclo de Krebs

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Durante essa seqüência de reações são liberados 2 CO2, 1 ATP, 4 NADH e 1 FADH2 para cada Piruvato.

O FADH2 possui a mesma função do NADH que é carregar elétrons ricos em em energia para a cadeia respiratória (última etapa).

Repare que a glicose possuia 6 carbonos, foi quebrada em 2 piruvatos (3C) e estes foram convertidos em CO2

Dessa maneira, dizemos que a respiração corresponde a oxidação completa da glicose, transformando-a em 6CO2

Para cada 2 piruvatos que entram no ciclo são liberados:

6 CO2

8 NADH

2 FADH2

2 ATPs

Vídeo: Ciclo de Krebs

Respiração Celular

Cadeia Respiratória – 3ª Etapa da Respiração

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Local: Crista Mitocondrial

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• NADH e FADH2 carregam elétrons ricos em energia que foram extraídos da Glicose.
• É a energia desses elétrons que a cadeia respiratória utiliza para produzir muitos ATPs (32)

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Respiração Celular

Cadeia Respiratória – 3ª Etapa da Respiração

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Local: Crista Mitocondrial

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Espaço Intermembrana

Matriz Mitocondrial

NADH e FADH2 produzidos nas etapas anteriores vão liberar elétrons ricos em energia para proteínas da membrana.

Os elétrons ricos em energia vão passar, atraídos pelo O2 por uma séria de proteínas da cadeia respiratória.

Três dessas proteínas vão utilizar a energia desses elétrons energizados para bombear íons H+ para o espaço intermembranoso.

Quando os elétrons se encontrar com o O2 vai ser formado água. Dizemos que o oxigênio é o aceptor final de elétrons.

Isso explica o porque necessitamos tanto de oxigênio. Todas as células necessitam deste composto para a respiração.

O bombeamento de H+ para o lado intermembranoso deixa esta região altamente ácida.

Por difusão, os H+ tenderão a voltar para a matriz mitocondrial, porém, a membrana interna é impermeável ao H+

O único caminho dos H+ é passar pela enzima ATP Sintase, que se movimenta com a passagem de H+.

Esse movimento realizado pela enzima ATP Sintase é responsável pela adição de um fosfato ao ADP formando ATP.

Respiração Celular

Cadeia Respiratória – 3ª Etapa da Respiração

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Local: Crista Mitocondrial

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Revisão do processo (visão global)

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Vídeo: Cadeia transportadora de elétrons

Vídeo: Síntese de ATP

Respiração Celular

Fermentação

Sinônimo: Respiração Anaeróbia (Sem O2)

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Local: Citoplasma da célula

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Respiração Celular

(Mitocôndria)

Fermentação Lática

Fermentação Alcóolica

S/ O2

C/ O2

Fermentação

Fermentação Alcoólica

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Fermentação

Fermentação Alcoólica

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Realizado por: Leveduras (fungos unicelulares) – Principalmente as do gênero: Saccharomyces sp.

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As leveduras e algumas bactérias fermentam açúcares, produzindo álcool etílico e gás carbônico, processo denominado fermentação alcoólica. O homem utiliza os dois produtos dessa fermentação: o álcool etílico, empregado há milênios na fabricação de bebidas alcoólicas e o gás carbônico, importante na fabricação do pão, um dos mais tradicionais alimentos da humanidade.

CO2 é o responsável pelo crescimento da massa do pão

O etanol produzido a partir da fermentação é utilizado para produção de bebidas alcoólicas.

O etanol produzido a partir da fermentação da cana de açúcar é utilizado para fabricação do álcool etílico..

Fermentação

Fermentação Lática

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Fermentação

Fermentação Lática

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A fermentação láctica é um processo fermentativo anaeróbio (não requer oxigênio) que visa degradar moléculas orgânicas para obtenção de energia quimíca, este processo é realizado por bactérias láticas e em situações de falta de oxigênio em células de músculos esqueléticos. Dois importantes gêneros de bactérias do ácido lático são Streeptococcus e lactobacillos.

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Lactobacillus sp.

A fermentação do leite é realizada por bactérias que produzem ácido lático a partir da lactose.

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A acidez provoca a coagulação das proteínas do leite que precipitam.

O leite então fica com dois aspectos a parte líquida chamada de soro, e a parte sólida formada pela coalhada (proteínas coaguladas)

Queijo

Iogurte

Fermentação

Fermentação Lática

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As fibras musculares são células que necessitam constantemente de O2 para realizar sua função de contração

Durante uma atividade física prolongada a quantidade de O2 que chegam as fibras é limitada.

Para continuar gerando ATP as células musculares realizam em condições anaeróbicas a fermentação lática.

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O excesso de ácido lático nos tecidos musculares pode causar vários problemas como fadiga muscular e câimbra.

Fibra relaxada

Fibra contraída

O2

Respiração

Glicose

Ácido Lático

2 ATPs

Fermentação Lática

Mas...

Fermentação

Exercícios

Questão 01

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Exercícios

Questão 02

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Exercícios

Questão 03

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Exercícios

Questão 04

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II

I

Gabarito

• 1 Resposta: C
• 2Resposta: b
• 3Resposta: E
• 4Resposta: A

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