Respiração Celular e Fermentação

Respiração Celular

Possui 3 etapas:
1) Glicose: Ocorre no citosol do citoplasma - é um processo anaeróbico, sem presença do oxigênio.

2) Ciclo de Krebs:Ocorre na matriz mitocondrial - é um processo aeróbico "usa oxigênio"

3) Cadeia respiratória: Ocorre na crista mitocondrial - processo aeróbico usa oxigênio no processo.

Mitocondria:

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Fermentação

Citoplasma e Organelas

Esquema de célula eucariota.

Citoplasma

Imagem em microscopia do citoplasma e núcleo de uma célula.

O citoplasma consiste no material que está no interior da célula, contido pela membrana plasmática. As organelas celulares estão contidas nele.

O citoplasma é composto por uma porção viscosa, o citosol (ou hialoplasma), onde ocorre a maior parte das reações químicas importantes para a manutenção da vida. O fluido citoplasmático é composto principalmente por água, proteínas, sais minerais e açúcares. Ele também armazena, nas células animais, gordura e glicogênio.

Organelas

• Retículo Endoplasmático Rugoso (RER)

Esquema do retículo endoplasmático rugoso (RER)

O retículo endoplasmático rugoso é formado por uma série de sacos achatados, aos quais estão aderidos ribossomos. Sua principal função é a síntese de proteínas, que serão enviadas para o exterior da célula através do Complexo Golgiense.

Retículo Endoplasmático Rugoso, como visto na microscopia.

• Retículo Endoplasmático Liso (REL)

Retículo Endoplasmático Liso, aderido ao RER.

O Retículo Endoplasmático Liso possui mais de uma função. Uma delas é a síntese de lipídios, como o colesterol e hormônios esteroides. Além disso, nas células do fígado, o REL é fundamental no papel de desintoxicação, absorvendo substâncias tóxicas, como o álcool, e as destruindo ou modificando de alguma forma. Por fim, também pode ter função de armazenamento, fato visível nos vegetais, tendo em vista que os vacúolos (bolsas membranosas) derivam deste retículo.

REL, como visto ao microscópio.

• Complexo de Golgi

Esquema do Complexo Golgiense recebendo material do RER e secretando.

O Complexo de Golgi, ou Complexo Golgiense, tem a aparência de uma série de bolsas membranosas achatadas empilhadas, como pratos empilhados. O Complexo Golgiense tem função de armazenamento, empacotamento e secreção de substâncias recebidas (por exemplo, enzimas), eliminando-as para fora da célula. Além disso, é capaz de realizar a síntese de glicídios, e também é responsável pela formação dos lisossomos, e do acrossomo dos espermatozoides.

Complexo Golgiense, como visto ao microscópio.

• Lisossomos

Lisossomos são bolsas membranosas que contém enzimas digestivas, e são capazes de realizar a digestão intracelular. Quando um material é fagocitado para o interior da célula, o fagossomo resultante se funde a um lisossomo, criando um vacúolo digestivo, que é onde ocorrerá a digestão daquele material.

Os lisossomos também possuem o fundamental papel da autofagia, destruindo organelas desgastadas e aproveitando seus componentes químicos.

• Mitocôndria

A mitocôndria é conhecida como a “powerhouse”, ou “usina” da célula, sendo encontrada em quase todas as células eucariotas. É a organela responsável pela produção de ATP, tendo duas das três etapas da Respiração Celular (O Ciclo de Krebs e a Cadeia Transportadora) ocorrendo em seu interior, em sua matriz e suas cristas, respectivamente. A título de curiosidade, a primeira etapa, a Glicólise, ocorre no citosol.

A equação geral da respiração, processo ao qual a mitocôndria é indispensável, é: C₆H₁₂O₆ + O₂ -> 6 CO₂ + 6 H₂O + energia, em outras palavras, a glicose é consumida na presença de oxigênio, formando CO2, água e energia.

A mitocôndria possui um DNA próprio, adequadamente nomeado DNA mitocondrial. Considerando que as mitocôndrias são passadas de mãe para filho, o DNA mitocondrial do filho sempre será igual ao DNA da mãe, da avó, da bisavó, e assim sucessivamente.

Teoriza-se que as mitocôndrias foram seres procariontes que passaram a exercer uma relação simbiótica com células eucariontes. Isso pode ser percebido pelo fato do DNA mitocondrial ser mais semelhante ao DNA de bactérias que ao de seres eucariontes.

Mitocôndria, conforme vista na microscopia eletrônica.

• Cloroplasto

O cloroplasto é uma organela presente nas células vegetais, e é a organela responsável pelo processo de fotossíntese, produzindo moléculas orgânicas. O cloroplasto abriga a clorofila, pigmento fundamental no processo, sendo graças a este que a planta consegue absorver a energia solar e convertê-la em energia química. No que diz respeito ao tamanho, são organelas avantajadas, bem maiores que as mitocôndrias.

Cloroplasto sob microscopia.

• Centríolos

Estrutura de um centríolo.

Os centríolos não estão envolvidos por membrana, portanto, alguns autores não os consideram organelas, mas isso não os torna menos importantes para as células animais. O centríolo ajuda na separação das células esticando-se na hora da divisão, então os cromossomos ficam ali em volta dos tubos do centríolo. Ao fim da divisão, os centríolos e cromossomos estarão em seus devidos lugares.

Também são fundamentais na formação de cílios e flagelos. Estão ausentes na esmagadora maioria das plantas e dos fungos.

• Ribossomo

Os ribossomos, assim como os centríolos, não estão envoltos por membrana, portanto, nem todos os consideram organelas. Sua função é a síntese de proteínas. Diferente dos ribossomos acoplados ao RER, os ribossomos livres no citoplasma tem função de sintetizar as proteínas para uso interno da célula.

• Peroxissomos

Os peroxissomos são organelas esféricas responsáveis por metabolizar o H2O2, um dos principais radicais livres. A catalase dos peroxissomos é capaz de quebrar essa H2O2 em água e oxigênio atmosférico (O2), na seguinte reação: 2 H2O2 + Catalase -> 2 H2O + O2.

Tipos de célular e Membrana Plasmática

A célula é a unidade fundamental de todos os seres vivos.

As células são a menor unidade de um organismo, e com raras exceções, não é possível observá-las a olho nu. Todas as células possuem uma membrana celular que envolve o citoplasma. As células possuem metabolismo próprio, com a capacidade de se autogerir e de reprodução.

Tipos Celulares

Existem dois tipos de célula: as células procariontes, com estruturas mais simples, presente nas bactérias; e as células eucariontes, presente nos animais e vegetais.

Célula Procarionte

Esquema de uma célula procarionte

As células procariontes são células mais primitivas, tendo surgido primeiro na história evolutiva. Os seres que possuem esse tipo de célula são as bactérias e as cianobactérias. Não possuem núcleo compartimentalizado nem organelas membranosas, e possuem ribossomos 70s.

As células procariontes possuem uma parede celular de polipeptídioglicanos, que conferem resistência, determinando a forma da célula, e impedindo a lise desta célula.

As cianobactérias são procariontes autotróficos, pois realizam fotossíntese.

O DNA se encontra solto no citoplasma (não possui carioteca), sendo chamado de nucleóide. Elas podem apresentar DNA circular chamado de plasmídeo bacteriano, que se encontra disperso no citoplasma.

O mesossoma é um artefato causado pela microscopia, ou seja, um erro durante a preparação das células para observação em microscópio. Ele se apresenta na forma de uma dobra na membrana plasmática, e esse conceito está presente em questões mais antigas.

Célula Eucarionte

Esquema de uma célula eucarionte animal

As células eucariontes surgiram a partir de um aumento da complexidade e da compartimentalização. Estas células estão presentes em animais, vegetais e fungos.

Possuem um envoltório nuclear (carioteca), organelas membranosas e ribossomos 80s, maiores que os encontrados nas células procariontes. A maior parte das organelas das células eucariontes surgiram por invaginações da membrana, que são dobras na membrana celular para o interior das células.

A teoria mais aceita para o surgimento da mitocôndria e do cloroplasto nas células eucariontes é a Teoria da Endossimbiose. Ela diz que estas organelas eram células procariontes que foram fagocitadas por células eucariontes, possuindo uma relação de simbiose, onde o procarionte gerava energia e alimento pelos processos de respiração (mitocôndria) e fotossíntese (cloroplasto), e a célula eucarionte fornecia proteção e nutrientes.

Parede Celular

Esquema de uma célula eucarionte vegetal, que possui parede celular de celulose

A parede celular esta presente em alguns dos seres eucariontes: nos vegetais ela é formada por celulose; já fungos ela é formada por quitina.

Membrana Celular

Esquema de uma membrana plasmática de uma célula animal

A membrana celular, membrana plasmática ou plasmalema é responsável por delimitar a superfície das células, mantendo o conteúdo interno da célula separado do ambiente externo. Também é responsável por controlar a entrada e a saída de substâncias.

A membrana celular é composta principalmente por fosfolipídios e proteínas, ou seja, possui uma constituição lipoprotéica. Em células animais, a membrana pode apresentar colesterol e uma pequena quantidade de glicídios.

Os fosfolipídios formam uma membrana dupla, fazendo com que a região polar fique voltada para o lado extracelular e intracelular, e a região apolar não entra em contato com nenhum dos meios. Os fosfolipídios se dispõem lado a lado, podendo se deslocar continuamente sem perder o contato uns com os outros, conferindo um grande dinamismo à membrana.

As proteínas da membrana podem estar aderidas na superfície da membrana ou totalmente inseridas na dupla camada de fosfolipídios, atravessando a membrana de lado a lado. Algumas proteínas atuam no transporte de substâncias, enquanto outras atuam como via metabólica e enzimática ou para reconhecimento celular. As proteínas podem se movimentar paralelamente ao plano da membrana de forma dinâmica e sem desconfigurar sua forma, o que chamamos de modelo mosaico fluido.

Transporte pela Membrana

Esquema dos tipos de transporte pela membrana

A membrana celular possui uma permeabilidade seletiva, onde apenas certas substâncias podem entrar ou sair da célula. O transporte pela membrana pode ser passivo ou ativo.

• Transporte Passivo: Ocorre quando não há gasto de energia, ou seja, ocorre a favor do gradiente de concentração. Na osmose, ocorre o transporte de água do meio hipotônico para o meio hipertônico, enquanto na difusão ocorre o transporte de soluto (moléculas e gases) do meio hipertônico para o hipotônico.

Exemplo de osmose, onde ocorre transporte passivo de água para o meio que contém a solução hipertônica

Na difusão facilitada ocorre a passagem de substâncias pela membrana com a ajuda de proteínas chamadas de permeases. Esta proteína captura a substância específica e facilita sua entrada na célula. Também podemos encontrar permeases que atuam no transporte de íons que, devido à carga elétrica, têm dificuldade de atravessar a camada lipídica.

• Transporte ativo: Ocorre quando há gasto de energia (liberação de ATP) para realizar o transporte contra o gradiente de concentração. Esse transporte ocorre por proteínas chamadas de ATP-ases, que são capazes de quebrar moléculas de ATP, liberando energia.

Transporte de Moléculas Orgânicas pela Membrana

Moléculas orgânicas grandes, como proteínas e polissacarídeos, não conseguem atravessar a membrana celular. A membrana então possui processos para entrada e saída destas moléculas.

• Endocitose: A endocitose ocorre para entrada de moléculas grandes na célula. Pode ocorrer por fagocitose (ocorre a ingestão de partículas insolúveis relativamente grandes a partir de expansões, chamadas de pseudópodes, que envolvem o alimento), pinocitose (a célula captura líquidos ou macromoléculas dissolvidas em água) ou endocitose mediada (semelhante à fagocitose, porém as partículas se aderem à receptores específicos).

Esquema de como ocorre a endocitose

• Exocitose: Na exocitose, as moléculas são eliminadas da célula. Primeiramente elas se encontram no interior de vesículas que, ao chegarem na superfície da membrana celular, serão desfeitas, liberando seu conteúdo para o meio extracelular.

Esquema da endocitose

Especializações da Membrana

As especializações da membrana celular possuem diferentes funções, e estão presentes em diferentes tipos de células para realizarem diversas funções.

Esquema mostrando as especializações da membrana. Lembre-se que uma célula não terá todas as especializações ao mesmo tempo.

• Microvilosidades: Pequenas dobras na membrana que aumentam a superfície de absorção.
• Junção de oclusão: Une as células, formando uma barreira impermeável e evitando a movimentação de moléculas
• Junção de adesão: Responsável pela aderência e vedação do espaço intracelular, impedindo o fluxo de moléculas entre as células.
• Desmossomos: Possuem função de aderência entre duas células adjacentes, conferindo resistência e rigidez.
• Junções comunicantes (Junção GAP): Permite a comunicação entre células que estão lado a lado, com troca e passagem de íons e pequenas moléculas.
• Hemidesmossomos: Localizadas na base das células, tem função de unir a célula à matriz extracelular

Lipídios, Proteínas e Vitaminas

Lipídios

Funções no organismo: fonte de energia , isolamento térmico e proteção, percursor de hormônios "colesterol" transmissão de impulso nervoso (presente na bainha de mielina - que é um lipídio isolante) o impulso nervoso irá pular a bainha de mielina, pois a mesma é isolante - a bainha permitiu o impulso seja mais rápido que sem a mielina. , formação de membranas "fosfolipídio"

Lipídios são substâncias que possuem como principal característica a insolubilidade em água e a solubilidade em determinados solventes orgânicos. A sua insolubilidade é explicada pelo fato de essas moléculas não apresentarem carga elétrica (são apolares) e, graças a isso, não possuem afinidade com moléculas polares como a água (hidrofobia).

Óleos e gorduras não se misturam com água. Aves aquáticas lubrificam suas penas com substâncias oleosas, assim as penas repelem a água e a pele permanece seca

 

 

Principais tipos de lipídios

• Glicerídios: são os lipídios mais encontrados nos alimentos, sendo representados pelos óleos e pelas gorduras. São formados pelo glicerol e ácido graxo.
  
  Quando os glicerídeos estão ligados a 3 moléculas de ácidos graxos, são conhecidos como triglicerídeos.
  
  

Estrutura molecular de um glicerídio formado
por 3 ácidos graxos diferentes

Se os ácidos graxos forem todos de cadeia saturada (carbonos unidos apenas por ligações simples), o glicerídeo será uma gordura, sólida à temperatura ambiente. Se um ou mais dos ácidos graxos forem insaturados (carbonos unidos por ligação dupla), porém, o glicerídeo será um óleo, líquido à temperatura ambiente.

Gorduras - Sólidas - saturadas
Óleos - líquidos - insaturado

• Cerídios: as ceras possuem um álcool de cadeia longa (que não é o glicerol, como nos glicerídios) ligado a um ácido graxo. O fato de as ceras serem altamente insolúveis em água faz com que elas sejam muito úteis a plantas e a animais: muitas plantas possuem suas folhas recobertas de cera, impedindo a perda de água. Muitos animais podem apresentar ceras revestindo seu corpo e também podem utilizá-las para construção de moradias, como fazem as abelhas.

• Fosfolipídios: são os principais componentes das membranas celulares. Um fosfolipídio é um glicerídeo ligado a um fosfato. A molécula de um fosfolipídio lembra um “palito de fósforo”, com sua “cabeça” eletricamente carregada e sua haste sem carga elétrica, formada por duas cadeias de ácido graxo.
  Cabeça: (alcool +fosfato) é polar = hidrofílica
  Caudas: (Ácido Graxo) é polar = hidrofóbica
  Hidrofilico + Hidrofóbico = Anfipático

Estrutura molecular de um fosfolipídio

• Esteróides: são compostos por um álcool de várias cadeias fechadas. O colesterol é um dos esteróides mais conhecidos. O colesterol pode ser produzido em nosso fígado ou obtido através da alimentação. As células utilizam o colesterol para sintetizar a membranas celulares e hormônios esteróides (como progesterona e testosterona, por exemplo).
  
  Colesterol em excesso causa aterosclerose: LDL penetram na parede do vaso causando formação de ateroma dentro dos vasos sanguíneos. Os ateromas são placas compostas especialmente por lipídios LDL e tecido fibroso que se forma na parede dos vasos levando  progressivamente a diminuição do diâmetro dos vasos.  A aterosclerose em geral é fatal quando afeta as artérias do coração e do cérebro que resistem apenas poucos minutos sem oxigênio
  

Da esquerda para a direita (colesterol, testosterona e progesterona) - todos são esteróides.

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Proteínas

As moléculas de proteína podem ser formadas por dezenas, centenas ou milhares de moléculas de aminoácidos, ligadas em sequência. Um aminoácido é uma molécula orgânica formada por átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e enxofre (em alguns casos), unidos entre si de maneira característica. A ligação entre dois aminoácidos é chamada de ligação peptídica (grupo amina de um aminoácido com o grupo carboxila de outro).

Exemplo de ligação peptídica

Funções:

Catalítica: (ENZIMAS) substâncias que aceleram as reações químicas economizando tempo e energia

Estruturais (Colágeno e queratina) o colágeno é encontrado na pele e em várias partes do nosso corpo e a queratina encontrado no cabelo.

Contráteis (Actina e Miosina) responsável pela contração muscular, locomoção e vários outros tipos de movimentos do corpo, também promove a movimentação de órgãos internos  como os batimentos cardíacos.

Transporte (hemoglobina) faz o transporte do oxigênio pelo sistema circulatório.

Defesa ( anticorpos)anticorpos específicos reconhecem as particularidades de determinados corpos estranhos, atuando de forma a neutralizar e combater seus efeitos.

Reguladores (hormônios) são produzidas por células especializadas, são lançadas na circulação e vão estimular ou inibir um órgão específico do corpo. Ex Insulina: Responsável pela redução da glicemia e taxa de glicose no sangue já que a pessoa não consegui absorver a glicose para dentro de suas células porque faltou uma proteína que vai se ligar a molécula de insulina e vai permitir a entrada da glicose.

Arquitetura das proteínas

• Estrutura primária: sequência linear de aminoácidos de uma cadeia polipeptídica, com importância fundamental para a função que a proteína irá desempenhar.
• Estrutura secundária: quando os polipeptídios apresentam um enrolamento helicoidal (comparável a de um fio de telefone). É causada pela atração de certos átomos de aminoácidos próximos.
• Estrutura terciária: quando a estrutura polipeptídica helicoidal dobra-se sobre si mesma. É causada pela atração e repulsão entre os aminoácidos do polipeptídio e entre esses com a água circundante.
• Estrutura quaternária: algumas proteínas podem ser formadas por duas mais cadeias polipeptídicas unidas, o que constitui uma estrutura quaternária. Ex: insulina (duas cadeias interligadas) e hemoglobina (4 cadeias interligadas).

Tipos de estruturas de proteínas

Fatores que afetam a estrutura das proteínas

Fatores ambientais como temperatura, acidez, concentração de sais podem afetar a estrutura espacial das proteínas, fazendo com que suas moléculas se desenrolem e percam sua conformação original. Essa alteração na estrutura da proteína é chamada de desnaturação.

Resultado da desnaturação de uma proteína

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Vitaminas

Vitaminas são substâncias orgânicas necessárias em pequena quantidade e que o organismo não consegue produzir. Portanto, a principal fonte natural de vitaminas será a alimentação. Muitas vitaminas são muito importantes para reações enzimáticas, pois na ausência de determinada vitamina não há formação da enzima ativa, alterando o metabolismo celular.

Com que frequência nós devemos ingerir vitaminas?

As vitaminas podem ser classificadas de acordo com sua solubilidade:

As vitaminas hidrossolúveis (substâncias polares) dissolvem-se na água e são armazenadas em quantidades pequenas no corpo. Por isso devem ser ingeridas diariamente. Ex: vitaminas B1, B2, B12, C etc.

As vitaminas lipossolúveis (substâncias apolares) dissolvem-se em lipídios, são armazenadas no tecido adiposo e não precisam ser ingeridas diariamente. Ex: vitaminas A, D, E e K.

Avitaminoses

As doenças provocadas pela falta de vitaminas são denominadas avitaminoses. No quadro abaixo você verá a atuação de algumas vitaminas e algumas doenças causadas pela deficiência dessas na alimentação.