Fermentação: produção anaeróbica de energia (ATP)

Te proponho o desafio de fazer um exercício mental e refletir: "Em que situações já ouvi a palavra FERMENTAÇÃO?"

E então? Conseguiu lembrar? Se fosse fazer um mapa mental, que palavras e conceitos você relacionaria com a fermentação?

Fonte: studymaps.com.br

Pois bem, a fermentação é um processo de grande utilidade, principalmente, na indústria alimentícia, para a fabricação de pães, bolos, bebidas, iogurtes, queijos, vinagre, bebidas alcoólicas... Então, provavelmente você já deve ter ouvido essa palavra! 

"Me 'fi' vai comprar um fermento pra vovó, pode ficar com o troco ;)"

Quem nunca socorreu uma vó, mãe, tia, tio... querendo fazer uma guloseima mas que foi surpreendide pela falta de fermento na despensa? rs

Acrescento que além de resultar em coisas gostosas, a fermentação tem outra grande função: a PRODUÇÃO DE ENERGIA (NA FORMA DE ATP). E é isso que você desvenderá neste biotexto, caro leitor!

Obs: já expliquei o que é ATP no texto sobre RESPIRAÇÃO CELULAR (clique para conferir: sugiro que leia respiração celular antes da fermentação.)

Os seres vivos precisam de energia para sobreviver, e eles obtêm essa fonte energética através de reações químicas, que quebram as ligações que unem os compostos. O mais utilizado destes compostos, é a glicose. As ligações químicas que formam a molécula de glicose (ligações glicosídicas), contém energia, que é liberada com a sua quebra. A quebra da glicose, por sua vez, pode ser resultado de um processo denominado RESPIRAÇÃO, realizado por organismos aeróbicos, que consomem oxigênio. No entanto, pode haver uma quebra parcial da glicose, e produção de energia sem a necessidade de oxigênio (através da oxidação parcial/incompleta da glicose), caracterizando o processo protagonista deste texto: a FERMENTAÇÃO.

Os organismos que não precisam de oxigênio para produzir energia são chamados de ANAERÓBICOS, e são representados principalmente por algumas espécies de bactérias e fungos. É válido ressaltar também, que existem tipos de indivíduos anaeróbicos: 

Anaeróbicos facultativos: realizam a respiração celular na presença de oxigênio e realizam a fermentação na ausência de oxigênio.

Anaeróbicos estritos: não apresentam as enzimas utilizadas no ciclo de Krebs e na cadeia transportadora de elétrons. O ATP é obtido através da fermentação.

Sendo assim, resumindo... a fermentação é um processo que produz energia na forma de ATP através da degradação incompleta da glicose, sem a necessidade de oxigênio!

Observe abaixo, as diferenças existentes entre as reações de respiração e de fermentação:

• Respiração aeróbica: usa oxigênio atmosférico
  
• C6H12O6 + 6 O2 ➝ 6 H2O + 6 CO2 + energia
  (glicose + oxigênio ➝ água + gás carbônico + liberação de energia)
  

• Respiração anaeróbia: usa substâncias com oxigênio
  C6H12O6 + 4 NO3 ➝ 6 CO2 + 6 H2O + 2 N2 + energia
  (glicose + nitrato ➝ gás carbônico + água + nitrogênio +liberação de energia)

• Fermentação: utiliza substância (enzima/fermento) que degrada a matéria orgânica
  C6H12O6 ➝ 2 C2H5OH + 2 CO2 + energia
  (glicose ➝ etanol + gás carbônico + energia)

#A principal diferença entre os dois processos é a presença do oxigênio. Na respiração celular, o aceptor final de elétrons é o oxigênio que, ao receber íons H+, é convertido a água.

# Por atuarem sem oxigênio, os organismos que realizam fermentação (organismos fermentativos) são também denominados de anaeróbicos.

 

De onde vem o nome "fermentação"?

 

✅ É referência aos compostos que possibilitam a reação de fermentação: os fermentos ou enzimas;

✅ São catalisadores biológicos que transformam substâncias complexas em substâncias simples; 

✅ Sintetizadas por protozoários, bactérias e fungos (principalmente, as leveduras: fungos microscópicos unicelulares) e até mesmo alguns anelídeos, moluscos e as células musculares dos seres humanos (em determinadas situações)... Porém, o maior destaque mesmo é das bactérias e fungos!!!

Além do uso ou não do oxigênio, que outras diferenças e semelhanças existem entre respiração e fermentação?

✅ Início e etapas: os dois processos são iniciados com a absorção da glicose pela célula e a quebra desta pelo processo de glicólise;

✅ Local de ocorrência: por só acontecer a etapa de glicólise na fermentação, esta reação ocorre integralmente no citosol. Diferenciando-se da respiração, que apresenta a etapa de glicólise no citosol e as do ciclo de Krebs e da cadeia respiratória dentro da mitocôndria). 

✅ Rendimento: outra notória diferença é referente ao rendimento, a fermentação produz apenas 2 ATPs para cada molécula de glicose, enquanto que a respiração celular resulta em 30 ATPs. Devido a isso, os organismos anaeróbicos facultativos, na presença de oxigênio, "preferem" realizar a respiração celular.

✅ Produtos finais: há a síntese de outras moléculas orgânicas que caracterizam a fermentação, como o ácido láctico na fermentação láctica, o ácido acético na fermentação acética e o etanol na fermentação alcoólica, dentre outros. Os produtos finais na respiração celular, além do ATP, H2O e CO2, usados pelo organismo em outras reações metabólicas, sendo que o CO2 geralmente é excretado para fora da célula.

 

Vamos entender um pouco mais sobre o uso da fermentação para a fabricação de alguns tipos de alimentos e bebidas:

✅ Fermentação de queijos: os queijos são produzidos através de enzimas sintetizadas (fermentos) por fungos e bactérias. 

 

Exemplos:

 

- Queijo de Minas (por bactérias)

- Queijo Gorgonzola, Camembert e Roquefort (por fungos)

✅ Fermentação de pães: os pães são produzidos pela ação de enzimas de fungos. O famoso fermento utilizado na fabricação de pães é definido como biológico pois se refere à seres vivos: fungos microscópicos chamados de leveduras, que é adicionado na massa e reage com o açúcar, produzindo gás carbônico (CO2). O CO2 produzido é armazenado dentro da massa, que cresce ao longo do processo de fermentação. Desta forma, a função do fermento é fazer a massa crescer e deixá-la mais macia.

✅ Fermentação de iogurtes: são oriundos da fermentação lática, realizada por bactérias chamadas de lactobacilos, tendo como produto o ácido lático.

 

✅ Fermentação de vinhos: as frutas são amassadas e passam por um processo de trituração. O sumo obtido é colocado em tonéis de madeira e submetido à fermentação, que resulta no vinho tal qual conhecemos. O processo é parecido na produção de cerveja, sendo que neste caso, o açúcar do malte que passa pela fermentação. Ambos os processos fermentativos são realizados por leveduras da espécie Saccharomyces cerevisiae e produzem o álcool nas bebidas.

✅ Produção de vinagre: é obtido por meio da fermentação acética: processo químico em que ocorre a oxidação parcial do álcool etílico, produzindo o ácido acético.o vinagre é produzido através da fermentação acética, que consiste em uma reação química, onde ocorre a oxidação parcial do álcool etílico, obtendo o ácido acético.

 

Agora iremos adentrar mais no processo de fermentação e destrinchar as suas etapas, sigam-me os bons!

 

GLICÓLISE

✅ Quebra da molécula de glicose (C₆H₁₂O₆) absorvida pelas células que necessitam produzir o ATP e, no próprio citosol, é quebrada produzindo 2 moléculas de ácido pirúvico ou piruvato (C₃H₄O₃);

✅ A glicólise é composta por 10 reações, tendo o ácido pirúvico como produto final. Inicialmente, a glicose recebe dois grupos fosfato através da quebra de 2 ATPs gerando a molécula frutose-1,6-bifosfato, menos estável que a molécula de glicose, o que facilita a sua quebra ao longo da etapa.

✅ Além das moléculas de ácido pirúvico, são geradas também 2 moléculas de ATPs (4 ATPs - 2 ATPs consumidos inicialmente) e aceptores de elétrons NADH+ H+, que no final das glicólise transferem os elétrons que carregam para os produtos das glicólise.

PRODUTOS DA GLICÓLISE:

😏- 2 ácidos pirúvicos

😏- 2 ATPs (4 ATPs - 2 ATPs)

😏- 2 NADH+H+

FERMENTAÇÃO

✅ Se houvesse oxigênio, os produtos passariam para o ciclo de Krebs e, em seguida, para a cadeia transportadora de elétrons;

✅ Porém, como a fermentação ocorre sem oxgênio, os produtos gerados irão reagir-se e através da transferência de elétrons, regenerar a NAD+, gerando os produtos característicos da fermentação no próprio citosol.

A) Fermentação Alcoólica

✅ Cada ácido pirúvico/piruvato é descarboxilado (perde um carbono na forma de CO2), produzindo um acetaldeído que ao receber os elétrons do NADH transforma-se em etanol e regenera o NAD+;

✅ Os organismos mais utilizados para a fabricação de bebidas alcoólicas pelas indústrias são as bactérias e os fungos. Além de serem muito utilizados para a produção de alimentos como pães queijos e bolos.

✅ Na fabricação de pães (panificação), as leveduras (os fermentos biológicos) absorvem parte do açúcar/carboidrato presente na massa e através da fermentação produzem CO2 e etanol, que ao serem evaporados, entram nas câmaras da massa e a fazem crescer e ficar macia. Lembrando que este processo também produz energia na forma de ATP.  

✅ O processo é parecido na produção de bebidas! As leveduras são adicionadas em recipientes contendo elevada concentração de carboidratos, que ao serem absorvidos, transformam-se em etanol, CO2 e geram ATP. Os gases em forma de espuma, contidos nas bebidas, são resultantes da liberação de CO2 ou da alta pressão no interior do recipiente. E o etanol produzido é diluído no meio inicial, definindo o teor alcoólico das bebidas fermentadas. 

Obs: A fermentação alcoólica também é utilizada para fabricar biocombustíveis, através de substratos vegetais, como a cana-de-açúcar, o milho, a mamona...

B) Fermentação Acética

✅ É derivada da alcoólica! Ou seja, utiliza o etanol produzido na fermentação alcoólica;

✅ O etanol obtido sofre oxidação e tranforma-se em ácido acético;

✅ O processo ocorre através do contato do etanol com bactérias específicas;

✅ É o tipo de fermentação que produz o vinagre, constituído em grande parte por ácido acético.

C) Fermentação Láctica

✅ Utiliza, principalmente, a galactose e a glicose como substrato;

✅ A galactose e a glicose são submetidas à ação de bactérias denominadas de Lactobacilos, sendo quebradas em ácido pirúvico/piruvato e em seguida recebem os elétrons do NADH+, passam pela reação de redução e transformam-se em ácido lático/lactato, que é eliminado do meio intracelular.

✅ O ácido lático ao ser misturado com outras proteínas, como as dos leite, as degrada e produz um meio viscoso, o que caracteriza o processo de produção de iogurtes e queijos.

Obs: as células musculares realizam fermentação lática quando a concentração de oxigênio não é suficiente para suprir a respiração celular. Situação comum durante a prática intensa de exercícios físicos, as células musculares produzem ácido lático para gerar ATP e complementar a insuficiência de energia produzida pela respiração celular. O ácido lático produzido é armazenado nos músculos e é uma das causas das dores comuns após exercícios físicos intensos.

Você já deve ter ouvido falar também do fermento químicoe então deve ter surgido a dúvida: qual a diferença do fermento biológico para o químico?

✅ Como  já sabemos, os fermentos são usados para a fabricação de bolos, pães...

✅ Os dois tipos de fermentos: biológicos e químicos, promovem o crescimento das massas e as deixam mais macias.

✅ Os fermentos biológicos se referem à células, no caso, as leveduras que são fungos microscópicos. Estas absorvem o carboidrato contido na massa e executam a fermentação alcoólica, produzindo CO2 e etanol que ao serem evaporados, são armazenados na massa. Este. processo deve ocorrer antes que a massa seja colocada no fogo, pois as leveduras podem ser destruídas em elevadas temperaturas. É daí que vem o costume de deixar a massa "descansar". É o tempo necessário para as leveduras (o fermento) agirem. Este tipo de fermento é o mais recomendado para a panificação.

✅ Por outro lado, o fermento químico representa compostos inorgânicos, a exemplo do bicarbonato de sódio (NaHCO3), que em altas temperaturas é decomposto e produz água e CO2. São recomendados para a fabricação de bolos, bolachas e biscoitos.

TÓPICOS ABORDADOS

1. Introdução

2.  Diferença entre respiração e fermentação; Entre seres aeróbicos e anaeróbicos facultativos e estritos

3. Fermentação na Indústria de alimentos e combustíveis

4. Glicólise

5. Fermentação: alcoólica, acética e lática

 

 

 

Respiração celular: produção de energia (ATP)

Os seres vivos possuem um metabolismo, ou seja, uma série de reações químicas que permitem a formação ou a degradação de compostos, e o consumo ou liberação de energia. Essas reações são de extrema importância para a manutenção da vida. Uma destas reações se refere ao processo de respiração celular, que se efetiva através da organela MITOCÔNDRIA, resultando na produção de energia na forma de ATP (Trifosfato de Adenosina). 

Veja a estrutura química da molécula de ATP, a seguir:

Grupos fosfato + nucleosídeo (Ribose + Adenina) = trifosfato de adenosina

A produção de energia é essencial para executar as outras reações de metabolismo, e como vimos anteriormente, a energia produzida é na forma de ATP. 

Mas por que o ATP é uma forma de energia?

A molécula de adenosina trifosfato é obtida por meio da degradação de carboidratos e lipídios (moléculas orgânicas). É formada por 3 íons fosfato que se ligam através de ligações covalentes a um nucleosídeo (Ribose + Adenina). Pois bem, a energia está contida, em grande quantidade, nas ligações que unem os fosfatos! Logo, com a quebra dessas ligações, há liberação de energia para a execução de outros processos no organismo.

Em vista disso, é inegável a importância da reação de síntese de ATP para a vida!

A produção de ATP, pode ocorrer de 2 formas:

- Através da respiração, de forma aeróbica, ou seja, com consumo de O2.

- Através da fermentação, de forma anaeróbica, ou seja, sem dependência de 02.

Neste biotexto, você irá conhecer a síntese de ATP através da respiração celular. Sendo que esta apresenta 3 etapas, tendo como saldo, não somente o ATP, mas também água (H2O) e dióxido de carbono (CO2). Envolve uma série de reações químicas para obtenção dos produtos finais, a exemplo da reação de descarboxilação (remoção dos grupos carboxila e obtenção de CO2); A desidrogenação (perda de átomos de hidrogênio, que são capturados por móléculas carreadoras) e fosforilação (Adição de grupos fosfato em uma molécula, como ocorre na molécula de ATP).

A respiração celular ocorre em 3 fases: glicólise, ciclo de Krebs e cadeia transportadora de elétrons.

Hora de conhecê-las!

ETAPAS DA RESPIRAÇÃO CELULAR

1. GLICÓLISE

Onde ocorre?

No citosol, citoplasma da célula.

Depende de oxigênio?

NÃO! Ocorre de forma anaeróbica.

E como acontece?

1. Inicia com a quebra da molécula de glicose (C6H12O6) obtida por meio da digestão de alimentos ou através da quebra da reserva de glicose animal (glicogênio) e vegetal (amido). A glicose é absorvida pelas células, para a produção de ATP!

2. Então a glicose é processada através de 10 reações químicas. Inicialmente, recebendo 2 grupos fosfatos da quebra de 2 molélulas de ATP, originando a molécula frutose-1,6-bifosfato. Que não é estável como a glicose, isso facilita a sua posterior quebra.

3. Com a quebra, são produzidas 2 moléculas de ácido pirúvico ou piruvato como produto final, cuja fórmula química é C3H4O3. Além disso, são originadas 4 moléculas de ATP (obs: menos as 2 que foram consumidos no início da reação, o saldo é de 2 moléculas de ATP). Também ocorrer a liberação de 4 átomos de hidrogênio, que se ligam à moléculas denominadas de NAD+, resultando em NADH+H+;

Obs: O NAD+ é definido como um carreador intermediário de elétrons, captura os íons de hidrogênio resultantes da quebra das ligações covalentes e os transferem para outro aceptor: o aceptor final de elétrons. Ocorre transporte de íons que também são usados para a síntese de ATP.

Resumindo, os produtos da glicólise são:

😏- 2 piruvatos

😏- 2 ATPs (4 menos 2 que foram consumidos)

😏 - 2 NADH+H+

Obs: para adentrar a matriz mitocondrial, o piruvato passará por transformações:

1. Ao passar pela membrana externa da mitocôndria, sobre a reação de descarboxilação e se converte em acetil, resultando na liberação de uma molécula de CO2 e de um aceptor NADH+H+;

2. Uma enzima, chamada de Coenzima-A se liga ao acetil, formando o complexo Acetil-CoA, e assim consegue entrar na matriz mitocondrial;

3. Na matriz, o Acetil-CoA reage com o Ácido Oxaloacético, liberando a coenzima-A e formando o Ácido Cítrico, que inicia a segunda etapa da respiração celular: o ciclo de Krebs.

As etapas posteriores, Ciclo de Krebs e cadeia transportadora de elétrons, não ocorrem mais no citosol, mas dentro da mitocôndria! A seguir, uma imagem de uma mitocôndria para você se situar:

Mitocôndria

Observou bem a estrutura da mitocôndria?

Então vamos dar continuidade...

2. CICLO DE KREBS

Onde ocorre?

Na matriz mitocondrial, região interna e entre membranas. (Veja a imagem anterior novamente);

O que é?

É  a segunda etapa da respiração celular, também conhecido como ciclo do ácido cítrico (o substrato formado pela reação de acetil-CoA com o ácido oxaloacético);

E como ocorre?

1. Ocorre através de 8 reações, em que o ácido cítrico perde CO2 e libera H+, capturados por aceptores intermediários;

2. São formados 1 molécula de ATP, 3 NADH+H+ e uma molécula de FADH2, que também é aceptor intermediário de elétrons;

3. Com a finalização do ciclo de Krebs e com a formação do último NADH+H+, é formado o ácido oxaloacético, que reagirá com a próxima molécula de Acetil-CoA que adentrar a matriz mitocondrial, e então, iniciar outro ciclo.

Resumindo, os produtos de cada ciclo de Krebs:

😏- 1 ácido oxalacético

😏- 1 ATP

😏- 3 NADH+H+

😏- 1 FADH2

😏- 2 CO2

E para finalizar, a última etapa!

3. CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS

Onde ocorre?

Nas invaginações da membrana interna da mitocôndria, na região das cristas mitocondriais (dá uma conferida de novo na imagem da mitocôndria).

Ela pode ser chamada de outra forma?

 

Sim, na cadeia respiratória ou fosforilação oxidativa.

 

E como acontece?

 

1. Nas cristas existem proteínas de membrana que transferem, através de uma bomba de prótons, os átomos de hidrogênio e os eléttrons carregados pelo NADH+ e pelo FADH2;

 

2. Os elétrons são levados para a matriz mitocondrial;

 

3. E os íons H+ transportados entre as duas membranas da mitocôndria/intermembrana;

 

4. A separação dos íons e elétrons resulta em uma matriz mitocondrial carregada negativamente e um espaço intermembrana carregado positivamente;

5. Como há atração entre cargas opostas, através de um transportador, os íons H+ voltam para a matriz mitocondrial. Essa atração e retorno do H+ gera energia, sendo parte usada na síntese de ATP;

6. Os H+ restantes se ligam ao oxigênio e formam água (H2O), definindo o oxigênio (O2) como aceptor final de elétrons.

Resumindo, produtos da cadeia transportadora de elétrons:

 

😏- 26 ATP

😏- 6 H2O

 

TOTAL DOS PRODUTOS ORIUNDOS DA RESPIRAÇÃO CELULAR (PARA CADA MOLÉCULA DE GLICOSE)

 

🔥GLICÓLISE: 2 ATPs

🔥CICLO DE KREBS: 2 ATPs

🔥CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS: 26 ATPs

 

E no caso dos seres que não apresentam mitocôndria, como as bactérias, onde ocorre a respiração celular?

 

Nas que consomem O2, a glicólise e o ciclo de Krebs acontecem no citoplasma e a cadeia respiratória nos mesossomos. Já as bactérias anaeróbicas, usam outros elementos para executar a cadeia respitarória.

TÓPICOS ABORDADOS

 

1. Introdução

2. Definição e estrutura química do ATP;

3. Etapas da respiração celular;

3.1 - Glicólise

3.2 - Ciclo de Krebs

3.3 - Cadeia transportadora de elétrons 

4. Saldo final

5. Respiração celular em organismos procarióticos

 

Difusão e osmose: transportes passivos

Enquanto a bomba de sódio e potássio é um tipo de transporte ativo, com gasto de energia (ATP), os processos de difusão e osmose transportam substâncias através da membrana plasmática, sem consumir energia, sendo denominados processos passivos.

E por que não ocorre gasto de energia?

Porque as substâncias são transportadas naturalmente do meio menos concentrado para o mais concentrado, devido à diferenças de gradiente, com o objetivo de igualar as concentrações interna e externa!

Há 3 tipos de transporte passivo: a difusão simples, a facilitada e a osmose. Estão representadas a seguir:

DIFUSÃO SIMPLES: transporte de solutos (moléculas pequenas e gases lipossolúveis) através da membrana plasmática. A velocidade da difusão depende do nível da diferença de gradiente, quanto maior for a diferença, maior a velocidade de difusão.

Exemplo: troca de gases (oxigênio e gás carbônico) nos alvéolos, durante a respiração. Ao chegar nos alvéolos, o oxigênio difunde-se para o sangue contido nos capilares.

DIFUSÃO FACILITADA: ocorre quando os solutos não se dissolvem em gorduras, são polares! Ou seja, não podem passar livremente pela bicamada. Então, contam com a "ajuda" de proteínas denominadas de permeases, elas são as "facilitadoras" do processo, auxiliam as substâncias apolares (exemplos: glicose e aminoácidos) a atravessarem a membrana!

Diferenças entre transporte passivo (difusão) e transporte ativo (bomba de sódio e potássio)

OSMOSE: é um tipo de difusão facilitada! É um transporte específico de água através da membrana! Em que a água contida no meio menos concentrado = com menos soluto (hipotônico) tende a passar para o  meio mais concentrado = com mais soluto (hipertônico). Ela equilibra a concentração de ambos os lados da membrana.

As proteínas transportadoras que "ajudam" a água passar pela membrana são denominadas de aquaporinas,atuam como canais!

Esquema de fluxo de água durante a osmose

Para reforçar:

Solução hipotônica: baixa concentração de solutos, logo: baixa pressão osmótica.

Solução hipertônica: alta concentração de solutos, logo: alta pressão osmótica.

Solução isotônica: concentração de soluto = pressão osmótica = equilíbrio.

Transporte de água: hipertônico --> hipotônico = isotônico

Exemplos: ação da osmose em células animais e vegetais, colocadas em meios hipotônicos, isotônicos e hipertônicos:

 

- Em um meio hipertônico, as células tendem a murchar pois perdem água para o meio, ocorre a plasmólise.

- No entanto, uma célula em um meio hipotônico tende a receber água e a inchar/ficar túrgida, ocorre a turgência.

- Em meio isotônico, elas se encontram no seu estado normal, em equilíbrio.

Obs: a parede celular rígida das células vegetais, impedem que as células vegetais lisem (rompam) a membrana, quando sofrem turgência.

Existe osmose reversa?

Sim, a osmose pode acontecer "ao contrário".

Mas como?

Ocorre mediante a aplicação de uma pressão maior que a pressão osmótica, permitindo que a água se locomova de um meio hipertônico para um hipotônico.

A membrana é semipermeável, permite a passagem de água e os solutos ficam retidos.

Esquema de osmose reversa

A osmose reversa ocorre, por exemplo, no processo chamado de dessalinização, em que água salgada é transformada em água doce.

A seguir, experimento sobre a ação da osmose em células vegetais, utilizando alface: 

TÓPICOS ABORDADOS

1. Diferença entre transporte ativo e passivo

2. Tipos de transporte passivo

3. Difusão simples

4. Difusão facilitada

5. Osmose

- Soluções hipotônica, hipertônica e isotônica

6. Osmose reversa

 

 

 

Matriz de referência ENEM - Ciências da Natureza

Competência de área 1 – Compreender as ciências naturais e as tecnologias a elas associadas como construções humanas, percebendo seus papéis nos processos de produção e no desenvolvimento econômico e social da humanidade.

H1 – Reconhecer características ou propriedades de fenômenos ondulatórios ouoscilatórios, relacionando-os a seus usos em diferentes contextos.

H2 – Associar a solução de problemas de comunicação, transporte, saúde ou outro, com o correspondente desenvolvimento científico e tecnológico.

H3 – Confrontar interpretações científicas com interpretações baseadas no senso comum, ao longo do tempo ou em diferentes culturas.

H4 – Avaliar propostas de intervenção no ambiente, considerando a qualidade da vida humana ou medidas de conservação, recuperação ou utilização sustentável da biodiversidade.

 

Competência de área 2 – Identificar a presença e aplicar as tecnologias associadas às ciências naturais em diferentes contextos.

H5 – Dimensionar circuitos ou dispositivos elétricos de uso cotidiano.

H6 – Relacionar informações para compreender manuais de instalação ou utilização de aparelhos, ou sistemas tecnológicos de uso comum.

H7 – Selecionar testes de controle, parâmetros ou critérios para a comparação de materiais e produtos, tendo em vista a defesa do consumidor, a saúde do trabalhador ou a qualidade de vida.

 

Competência de área 3 – Associar intervenções que resultam em degradação ou conservação ambiental a processos produtivos e sociais e a instrumentos ou ações científico-tecnológicos.

H8 – Identificar etapas em processos de obtenção, transformação, utilização ou reciclagem de recursos naturais, energéticos ou matérias-primas, considerando processos biológicos, químicos ou físicos neles envolvidos.

H9 – Compreender a importância dos ciclos biogeoquímicos ou do fluxo energia para a vida, ou da ação de agentes ou fenômenos que podem causar alterações nesses processos.

H10 – Analisar perturbações ambientais, identificando fontes, transporte e(ou) destino dos poluentes ou prevendo efeitos em sistemas naturais, produtivos ou sociais.

H11 – Reconhecer benefícios, limitações e aspectos éticos da biotecnologia, considerando estruturas e processos biológicos envolvidos em produtos biotecnológicos.

H12 – Avaliar impactos em ambientes naturais decorrentes de atividades sociais ou econômicas, considerando interesses contraditórios.

 

Competência de área 4 – Compreender interações entre organismos e ambiente, em particular aquelas relacionadas à saúde humana, relacionando conhecimentos científicos, aspectos culturais e características individuais.

H13 – Reconhecer mecanismos de transmissão da vida, prevendo ou explicando a manifestação de características dos seres vivos.

H14 – Identificar padrões em fenômenos e processos vitais dos organismos, como manutenção do equilíbrio interno, defesa, relações com o ambiente, sexualidade, entre outros.

H15 – Interpretar modelos e experimentos para explicar fenômenos ou processos biológicos em qualquer nível de organização dos sistemas biológicos.

H16 – Compreender o papel da evolução na produção de padrões, processos biológicos ou na organização taxonômica dos seres vivos.

 

Competência de área 5 – Entender métodos e procedimentos próprios das ciências naturais e aplicá-los em diferentes contextos. 

H17 – Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica.

H18 – Relacionar propriedades físicas, químicas ou biológicas de produtos, sistemas ou procedimentos tecnológicos às finalidades a que se destinam.

H19 – Avaliar métodos, processos ou procedimentos das ciências naturais que contribuam para diagnosticar ou solucionar problemas de ordem social, econômica ou ambiental.

 

Competência de área 6 – Apropriar-se de conhecimentos da física para, em situações problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científico-tecnológicas. 

H20 – Caracterizar causas ou efeitos dos movimentos de partículas, substâncias, objetos ou corpos celestes.

H21 – Utilizar leis físicas e (ou) químicas para interpretar  processos naturais ou tecnológicos inseridos no contexto da termodinâmica e(ou) do eletromagnetismo.

H22 – Compreender fenômenos decorrentes da interação entre a radiação e a matéria em suas manifestações em processos naturais ou tecnológicos, ou em suas implicações biológicas, sociais, econômicas ou ambientais.

H23 – Avaliar possibilidades de geração, uso ou transformação de energia em ambientes específicos, considerando implicações éticas, ambientais, sociais e/ou econômicas.

 

Competência de área 7 – Apropriar-se de conhecimentos da química para, em situações problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científico-tecnológicas.

H24 – Utilizar códigos e nomenclatura da química para caracterizar materiais, substâncias ou transformações químicas.

H25 – Caracterizar materiais ou substâncias, identificando etapas, rendimentos ou implicações biológicas, sociais, econômicas ou ambientais de sua obtenção ou produção.

H26 – Avaliar implicações sociais, ambientais e/ou econômicas na produção ou no consumo de recursos energéticos ou minerais, identificando transformações químicas ou de energia envolvidas nesses processos.

H27 – Avaliar propostas de intervenção no meio ambiente aplicando conhecimentos químicos, observando riscos ou benefícios. 

Competência de área 8 – Apropriar-se de conhecimentos da biologia para, em situações problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científico-tecnológicas. 

H28 – Associar características adaptativas dos organismos com seu modo de vida ou com seus limites de distribuição em diferentes ambientes, em especial em ambientes brasileiros.

H29 – Interpretar experimentos ou técnicas que utilizam seres vivos, analisando implicações para o ambiente, a saúde, a produção de alimentos, matérias primas ou produtos industriais.

H30 – Avaliar propostas de alcance individual ou coletivo, identificando aquelas que visam à preservação e a implementação da saúde individual, coletiva ou do ambiente.

A seguir, um vídeo explicativo sobre a matriz de referência de Ciências da Natureza e suas Tecnologias:

 

 

 

Bomba de sódio e potássio: transporte ativo

A célula apresenta um envoltório que a separa do meio externo, denominado de membrana plasmática. Essa membrana é fluida e apresenta canais proteicos que permitem a passagem de determinados tipos de substâncias, definindo a sua permeabilidade seletiva.

Existem alguns íons que são fundamentais para o funcionamento e equilíbrio celular, presentes em concentrações diferenciadas entre o meio intra e o meio extracelular.

*íons são elementos químicos que perdem (cátions) ou ganham (ânions) elétrons. Os que ganham ficam carregados positivamente, e os que perdem ficam negativamente carregados.

Para manter as concentrações adequadas desses íons, existem as bombas de sódio e potássio, que são uma forma de transporte ativo, ou seja, com gasto de energia na forma de ATP (Trifosfato de Adenosina).

É importante conhecer o transporte ativo de íons por meio das bombas de sódio e potássio, pois esse processo está relacionado com a contração muscular e com o funcionamento do sistema nervoso, pois as bombas possibilitam a transmissão de impulsos nervosos.

Sendo assim, irei lhe apresentar mais detalhes sobre o assunto, vamos lá! 

COMO FUNCIONA UMA BOMBA DE SÓDIO E POTÁSSIO?

O sódio é representado pelo íon (cátion) Na+ e o potássio pelo íon (cátion) K+. Elementos carregados positivamente, pois perderam elétrons.

Normalmente, a concentração de  de Na+ é maior no meio extracelular e a de K+ é maior dentro da célula. A imagem, a seguir, representa as concentrações naturais do sódio e do potássio no meio intra e extracelular:

Concentrações de sódio e potássio na célula em condições normais.

Como os solutos tendem a manter um equilíbrio em suas concentrações, através do processo de difusão, o Na+ entra na célula e o K+ sai para o meio extracelular!

 

*Difusão: transporte passivo (sem gasto de energia), em que as partículas se locomovem do meio mais concentrado para o menos concentrado. Isso é possível devido a quantidade de energia cinemática existente nessas partículas (íons).

 

Porém esse processo de difusão não é adequado para o funcionamento do metabolismo celular, é necessário que haja diferença de concentração de íons entre o meio externo e interno da célula (como evidenciado na imagem anterior, com maior concentração de potássio dentro da celular e maior concentração de sódio fora) e é aqui que entra a bomba de sódio e potássio na história! Ela vai promover essa diferença!

 

A bomba de sódio e potássio precisa de dois fatores para poder funcionar:

 

A) A presença de proteínas transmembranas (com sítios de ligação para os íons Na+ e K+) na bicamada celular;

B) O gasto de Energia (ATP se converte em ADP), por isso é um transporte ativo.

 

E ocorre através das seguintes etapas:

 

1. O Na+ intracelular se liga a proteína transmembrana e o ATP também. O ATP (Adenosina trifosfato) perde um fosfato após se ligar à proteína, sendo liberado na forma de ADP (Adenosina difosfato).

 

2. O fosfato que foi perdido pelo ATP fica ligado à proteína e isso altera a estrutura tridimensional dela, provocando a saída de 3 íons de Na+ da célula para o meio extracelular.

 

3. Logo após a saída do Na+, 2 íons K+ se ligam aos seus sítios na proteína transmembrana. Provocando a liberação do grupo fosfato, a volta da forma normal da proteína e com isso, a entrada de 2 íons K+ na célula!

Dica: compare o fosfato "perdido" pelo ATP, com um "passe" ou uma "chave" - pois ao se ligar à proteína, muda a sua forma, permite a entrada e saída do íons! 

 

Observe, atentamente, as etapas na imagem abaixo:

Funcionamento da bomba de sódio e potássio

TÓPICOS ABORDADOS

1. Definição de íons

2. Definição de bombas de sódio e potássio 

3. Funcionamento das bombas de sódio e potássio

- Concentrações adequadas de Na+ e K+ dentro e fora da célula

-Tendência ao equilíbrio através da difusão

- Necessidade de diferenças na concentração entre o meio interno e externo - Atuação da bomba

4. Fatores que permitem o funcinamento da bomba

- Proteínas transmembranas

- Energia na forma de ATP

5. Etapas do processo de transporte ativo pela bomba

 

 

 

 

 

 

Gorduras saturadas, monoinsaturadas, poli-insaturadas e trans

As gorduras, apesar de serem compreendidas como vilãs por muitos, apresentam várias funções importantes, como: reserva de energia, isolantes térmicos (equilíbrio térmico), captação de gorduras lipossolúveis (A, D, E, K), compor a membrana celular, e ainda serem utilizadas para a produção de hormônios, dentre outras funções.

Mesmo com tantas aplicações, existem problemas associados como o consumo desequilibrado de lipídios, principalmente com alguns tipos de gorduras. Devido a isso, é de grande relevância conhecê-las, para assim buscar promover uma alimentação mais equilibrada e saudável.

Quanto a sua composição, as gorduras são formadas por glicerol (álcool) e ácidos graxos (cadeias de carbono e hidrogênio, com um grupo éster na extremidade):

Componentes químicos das gorduras

A forma química pode apresentar algumas alterações, o que define a existência de diferentes tipos de lipídios. O lipídio, representado na imagem anterior, é um triglicerídio ou triacilglicerol (1 glicerol + 3 ácidos graxos), há também os fosfolipídios (componentes da membrana celular), os cerídios (as ceras), os esteróides (mais popular é o colesterol).

Os triglicérides  representam as gorduras no sangue, são obtidos através do consumo de alimentos gordurosos e com riqueza de carboidratos (açúcares) - doces, massas, arroz... O consumo em excesso desses alimentos pode provocar doenças cardiovasculares.

Vamos conhecer mais um pouco sobre os triglicerídeos! ;)

GORDURAS SATURADAS

Apresentam apenas ácidos graxos com ligações químicas simples (C - C) na sua estrutura, veja:

 

Suas fontes principais são: carne e seus derivados, manteiga, leite e laticínios... Em temperatura ambiente, frequentemente, encontram-se sólidas.

Em excesso podem aumentar a dislipidemia, e aumentar o colesterol total e o ruim (LDL), apesar disso, há estudos que não recomendam a sua retirada total da alimentação! É Essencial que sejam consumidos com moderação.

GORDURAS MONOINSATURADAS

Presença de uma insaturação (ligação dupla C = C) na estrutura química entre carbonos de um dos seus ácidos graxos:

 

 

Gordura insaturada

 

Encontradas, geralmente, em óleos vegetais (canola, girassol), azeite de oliva, oleaginosas (castanhas, amêndoas e nozes) e no abacate.

Geralmente, são um pouco mais viscosas que as gorduras poli-insaturadas, sendo líquidas em temperatura ambiente, e sólidas quando resfriadas.

Ajudam a controlar os níveis de colesterol!

GORDURAS POLI-INSATURADAS

Poli significa várias! Portanto, possuem mais de uma insaturação na sua estrutura:

Suas principais fontes são: óleos vegetais e óleos de peixes (sardinha, salmão, pescada), nozes, sementes de linhaça e soja.

Por apresentarem várias ligações duplas (insaturações), são menos viscosas que as monoinsaturadas. Também são líquidas em temperatura ambiente e se tornam sólidas quando resfriadas.

São substanciais para o organismo por ajudarem a diminuir os níveis de LDL, quando são consumidas em substituição às gorduras saturadas. 

GORDURAS TRANS

Os hidrogênios da insaturação encontram-se em lados opostos!

 

Tipos de gordura oriunda do processo de hidrogenação industrial de óleos vegetais, transformando os óleos líquidos em gorduras sólidas quando estão em temperatura ambiente. Sua aplicação é comum em produtos como biscoitos, bolos, tortas... Ou seja, em produtos industrializados, para garantir maior textura e aumentar o prazo de validade.

São gorduras muito prejudiciais à saúde por diminuírem os níveis de HDL (colesterol bom) e elevar o LDL (colesterol ruim).

"Mas eu amo comer besteiras, poxa". Calma, não esqueça que o equilíbrio é  o melhor caminho.

TÓPICOS ABORDADOS

1. Introdução

2. Definição de Triglicerídeos/triacilglicerol

3. Tipos triglicerídeos/gorduras

- Gorduras saturadas

- Gorduras monoinsaturadas

- Gorduras poli-insaturadas

- Gorduras trans

 

Metabolismo e Enzimas

 1. METABOLISMO

Série de reações químicas que ocorrem nos seres vivos, transformando os componentes químicos que os constituem. O metabolismo se divide em: reações de síntese (anabolismo) e reações de desassimilação (catabolismo).

1.1 ANABOLISMO

Reações de biossíntese, dependentes de energia, que utilizam moléculas precursoras menores e simples para obtenção de componentes mais complexos (assimilação).

Exemplos: fotossíntese, quimiossíntese, síntese proteica, síntese de carboidratos e proteínas, mitose, musculação.

Hormônios anabólicos: insulina, testosterona, estrógeno...

1.2 CATABOLISMO

Reações que degradam compostos complexos, produzindo energia e gerando moléculas mais simples (desassimilação).

Exemplos: digestão, respiração celular, fermentação, exercício físico aeróbico, etc.

Hormônios catabólicos: cortisol, glucagon, adrenalina, citocinas...

Diferenças entre anabolismo e catabolismo:

 

- Anabolismo e catabolismo são processos metabólicos opostos e complementares, é necessário que ocorram em equilíbrio para que o organismo funcione adequadamente.

- O catabolismo produz energia em forma de ATP (trifosfato de adenosina), que é utilizada nas reações anabólicas.

2. ENZIMAS

São proteínas catalisadoras, isto é, aceleram as reações químicas, sem alterá-las e sem serem alteradas. Apresentam alta especificidade com o seu substrato, catalisando reações específicas.

As enzimas diminuem a energia de ativação (energia mínima necessária para uma reação química ocorrer). 

2.1 SUBSTRATO

Composto ou molécula que interage com o sítio ativo da enzima. A grande especificidade enzima-substrato está relacionada com à forma tridimensional de ambos. Se encaixam perfeitamente, o que caracteriza a Teoria Chave-Fechadura.

Sítio ativo: pequeno local da enzima onde ocorre a reação química, onde o substrato se liga.

OBS: após ocorrer a reação, a enzima continua quimicamente intacta, podendo ser usada novamente no

mesmo tipo de reação.

Nomenclatura de enzimas: geralmente, o nome dessas proteínas é baseado no tipo de substrato que elas atuam mais o sufixo ase.

Exemplos: proteases (atuam sobre proteínas), lipases (atuam sobre lipídios), amilases (degradam o amido), etc.

Algumas exceções: ptialina, pepsina, tripsina.

2.2 FATORES QUE AFETAM A ATIVIDADE ENZIMÁTICA

a) Temperatura: a velocidade das reações químicas aumenta com a elevação da temperatura até um limite (temperatura ótima). Após o limite, ocorre desnaturação proteica, alterando a forma da enzima, a inativando.

Efeito da temperatura na ação enzimática

Comparação entre temperaturas ótimas de enzimas humanas e de bactérias extremófilas

b) pH: índice que informa o quanto uma solução é ácida, neutra ou básica. A escala varia de 0-14, em que: o pH = 7 é neutro; pH abaixo de 7 = ácido e pH acima de 7 = básico.

Cada enzima tem um pH ótimo, alterações no pH podem desnaturar as enzimas, inativando-as.

Exemplos: pH ótimo da pepsina (produzida no estômago) = 2 (ácido); pH ótimo da tripsina (produzida no pâncreas) = 8.

Comparação entre o pH ótimo da pepsina (ácido) e o pH ótimo da tripsina (básico)

2.3 RELAÇÃO DA VELOCIDADE DA REAÇÃO COM A CONCENTRAÇÃO DE SUBSTRATOS

A velocidade da reação aumenta com a concentração de substratos, porém se torna constante quando a concentração de enzimas é menor que a de substratos.

Cada enzima é capaz de catalisar uma reação por vez! Portanto, quando todas as enzimas já estiverem ligadas aos substratos, o excedente de substratos deve "aguardar" a disponibilidade dessas enzimas, por isso a taxa de reação diminui com a diminuição das enzimas disponíveis.

Dica: imagine que os substratos serão transportados em barcos (as enzimas) para atravessar um rio (a reação), e há uma quantidade limitada de barcos. Se a quantidade de enzimas for menor que a de substratos, em determinado momento, todos os "barcos estarão ocupados". É necessário que eles concluam a travessia para transportar outros passageiros!

 No gráfico, a reta crescente passa a se tornar uma constante, onde todas as enzimas estão ligadas a substratos.

Relação entre a taxa de reação e a concentração de substrato

Geralmente, a concentração de enzimas é menor que a de substratos, devido a isso, a concentração de enzima e a atividade enzimática são diretamente proporcionais.

TÓPICOS ABORDADOS

1.Metabolismo: anabolismo e catabolismo

2. Enzimas

- Substrato

- Complexo enzima/substrato

- Nomenclatura de enzimas

3. Fatores que alteram a atividade enzimática: temperatura e pH

4. Relação da velocidade da reação com a concentração de substratos

  EXERCÍCIOS

1.(MACK-SP) Para inibir a ação de uma enzima, pode-se fornecer à célula uma substância que ocupe o sítio ativo dessa enzima. Para isso, essa substância deve:

A) Estar na mesma concentração da enzima.

B) Ter a mesma estrutura espacial do substrato da enzima.

C) Recobrir toda a molécula da enzima.

D) Ter a mesma função biológica do substrato da enzima.

E) Promover a desnaturação dessa enzima.

2. (UEMS) Qual o composto biológico que tem como função facilitar e aumentar a velocidade das reações envolvendo biomoléculas orgânicas nas células?

A) Esteroides

B) Carboidratos

C) Polissacarídios

D) Lipídios

E) Proteína com função enzimática

03. (UESPI) O funcionamento dos organismos vivos depende de enzimas, as quais são essenciais às reações metabólicas celulares. Essas moléculas:

A) Possuem cadeias nucleotídicas com dobramentos tridimensionais que reconhecem o substrato numa reação do tipo chave-fechadura.

B) Diminuem a energia de ativação necessária à conversão dos reagentes em produtos.

C) Aumentam a velocidade das reações químicas quando submetidas a pH maior que 8,0 e menor que 6,0.

D) São desnaturadas em temperaturas próximas de 0°C, paralisando as reações químicas metabólicas.

E) São consumidas em reações metabólicas exotérmicas, mas não alteram o equilíbrio químico.

04. (Mackenzie-SP) Considerando-se a definição de enzimas, assinale a alternativa correta.

I. São catalisadores orgânicos, de natureza protéica,

sensíveis às variações de temperatura.

II. São substâncias químicas, de natureza lipídica, sendo consumidas durante o processo químico.

III. Apresentam uma região chamada sítio ativo, à qual se adapta a molécula do substrato.

A) Apenas a afirmativa I é correta.

B) Apenas as afirmativas II e III são corretas.

C) Apenas as afirmativas I e III são corretas.

D) Todas as afirmativas são corretas.

E) Nenhuma afirmativa é correta.

 

05. (UPF/2015.2) A maioria das reações metabólicas de um organismo somente ocorre se houver a presença de enzimas. Sobre as enzimas, analise as afirmativas abaixo.

I. A ação enzimática sofre influência de fatores como temperatura e potencial de hidrogênio; variações nesses fatores alteram a funcionalidade enzimática.

II. São formadas por aminoácidos e algumas delas podem conter também componentes não proteicos adicionais, como, por exemplo, carboidratos, lipídios, metais ou fosfatos.

III. Apresentam alteração em sua estrutura após a reação que catalisam, uma vez que perdem aminoácidos durante o processo.

IV. A ligação da enzima com seu respectivo substrato tem elevada especificidade. Assim, alterações na forma tridimensional da enzima podem torná-la afuncional, porque impedem o encaixe de seu centro ativo ao substrato.

 

Está correto apenas o que se afirma em:

A) I, II e IV.

B) I , II e III.

C) II, III e IV.

D) III e IV.

E) I, III e IV.

06. Observe as afirmativas abaixo e marque aquela que melhor explica o que é metabolismo:

A) Toda reação química que garante a síntese de substâncias em nosso organismo.

B) Toda reação química que promove a degradação de substâncias em nosso organismo.

C) Conjunto de todas as reações químicas que ocorrem em nosso corpo.

D) Conjunto de todas as reações químicas que utilizam energia.

E) Conjunto de todas as reações químicas que produzem energia.

07. Sobre o catabolismo, marque a alternativa correta:

A) No catabolismo ocorrem a degradação e a síntese de biomoléculas.

B) No catabolismo ocorre a produção de ATP.

C) No catabolismo, a síntese de moléculas leva à

produção de grande quantidade de ATP.

D) Um exemplo de catabolismo é a produção de proteínas.

E) O catabolismo ocorre sempre quando o corpo não necessita de energia.

08. (ENEM 2018) Anabolismo e catabolismo são processos celulares antagônicos, que são controlados principalmente pela ação hormonal. Por exemplo, no fígado a insulina atua como um hormônio com ação anabólica, enquanto o glucagon tem ação catabólica e ambos são secretados em resposta ao nível de glicose sanguínea.

Em caso de um indivíduo com hipoglicemia, o hormônio citado que atua no catabolismo induzirá o organismo a

 A) Realizar a fermentação lática.

 B) Metabolizar aerobicamente a glicose.

 C) Produzir aminoácidos a partir de ácidos graxos.

 D) Transformar ácidos graxos em glicogênio.

 E) Estimular a utilização do glicogênio.

 

09. (FMP/2016) O gráfico a seguir mostra como a concentração do substrato afeta a taxa de reação química:

O modo de ação das enzimas e a análise do gráfico permitem concluir que

 

A) Todas as moléculas de enzimas estão unidas às moléculas de substrato quando a reação catalisada atinge a taxa máxima.

B) Com uma mesma concentração de substrato, a taxa de reação com enzima é menor que a taxa de reação sem enzima.

C) A reação sem enzima possui energia de ativação menor do que a reação com enzima.

D) O aumento da taxa de reação com enzima é inversamente proporcional ao aumento da concentração do substrato.

E) A concentração do substrato não interfere na taxa de reação com enzimas porque estas são inespecíficas.

 

Respostas: 1 - B, 2 - E, 3 - B, 4 - C, 5 - A, 6 - C, 7 - B, 8 - E, 9 - A.