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quarta-feira, 28 de junho de 2017

NOX em química orgânica:glicose

(retirado de http://brasilescola.uol.com.br/quimica/nox-estruturas-complexas-nox-medio.htm)

O Nox (número de oxidação) é a carga que um elemento adquire ao fazer uma ligação iônica, ou o caráter parcial que ele adquire ao fazer uma ligação covalente.
Os compostos orgânicos são normalmente formados por carbono e hidrogênio, mas aparecem também com muita frequência o oxigênio e o nitrogênio. Assim, visto que possuem vários átomos de carbono em suas estruturas, cada um deles apresenta Nox diferentes, dependendo dos elementos com os quais estão ligados.
Por exemplo, vejamos como determinar o Nox para cada um dos carbonos presentes na estrutura da glicose abaixo:
    OH  OH  OH   H   OH   O 
     │     │     │    │     │    ║
H─ C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ C
     │     │     │    │     │     │
     H     H    H    OH  H     H
Vamos primeiramente numerar os carbonos para diferenciá-los, começando do carbono da extremidade que está realizando uma dupla ligação com o oxigênio, isto é, o carbono do grupo carbonila:
      OH   OH   OH     H    OH   O 
      │        │      │      │     │     ║
H─ C6 ─ C5 ─ C4 ─ C3 ─ C2 ─ C1
      │        │      │      │     │     │
      H       H       H   OH     H     H
Observe que o carbono 1 está ligado a um hidrogênio, a um oxigênio e a outro carbono, conforme mostrado a seguir. Porém, sua ligação com o outro carbono não interfere no seu Nox, pois ambos possuem a mesma eletronegatividade.
         O Nox = -2
        ║
C2 ─ C1Nox = x
        │
        H Nox = +1
Na ligação C e H, o carbono é mais eletronegativo que o H, recebendo um elétron dele. Já no caso da ligação C e O, o oxigênio é o mais eletronegativo, retirando dois elétrons do carbono. Assim, o Nox desse carbono será dado pela consideração do total de perdas e ganhos de elétrons, isto é, se ele ganhou um elétron e perdeu dois, então seu Nox é igual a +1.
Observemos agora o carbono de número 2:
        OH  → Nox = -1
        │  
C3 ─ C2 ─ C1
        │  
        H → Nox = +1
Esse carbono recebeu um elétron do H e perdeu um elétron para a hidroxila (OH); com isso, seu Nox resultante é igual a zero.
Veja que os carbonos 3, 4 e 5 realizam exatamente as mesmas ligações que o carbono 2; de modo que seus Nox também são iguais a zero. Resta descobrir o Nox do carbono 6:
        OH  → Nox = -1
        │  
C5 ─ C6 ─ H → Nox = +1
        │  
        H   → Nox = +1
Visto que ele recebe um elétron de cada H, sendo, portanto, dois elétrons recebidos; e perde um elétron para o OH, seu Nox é igual a -1.
Se quisermos calcular o Nox médio do carbono na glicose, basta somar todos os Nox e dividir pela quantidade de carbonos, conforme mostrado a seguir:
Nox dos seis carbonos → C6 ─ C5 ─ C4 ─ C3 ─ C2 ─ C1
                                        -1       0        0       0        0     +1 
Nox médio→ (-1) + (0) + (+1) = zero
                                6
Mas e se não conhecermos a estrutura do composto, como faremos para determinar o Nox?
Nesse caso, não é possível determinar o Nox para cada um dos elementos, mas é possível determinar o Nox médio a partir da fórmula molecular. Veja como isso é feito com a fórmula molecular da própria glicose (C6H12O6):
C6           H12             O6
6x + 12. (+1)+ 6 . (-2) = 0
6x + 12 -12 = 0
6x = 12 – 12
x = 0


FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Nox em Estruturas Complexas e Nox Médio"; Brasil Escola. Disponível em . Acesso em 28 de junho de 2017. 

Nucleotídeos e metabolismo energético. NAD, FAD, NADP e ATP

Nucleotídeos são compostos de pentose ligada a fosfato e a uma base nitrogenada e representam os monômeros dos ácidos nucléicos:

Além de participarem da informação da célula (DNA e RNA), os nucleotídeos são fundamentais para o metabolismo energético, em especial o ADP/ATP, NAD, NADP e FAD, todos nucleotídeos que apresentam o nuclesídeo adenosina.

A adenosina

NucleoSídeos são  formados de uma pentose ligada a uma base nitrogenada. NucleoTídeos são nucleosídeos fosfatados:

A adenosina é  um nucleosídeo com adenina (abaixo, a pentose em preto e a adenina em azul):


AMP, ADP e ATP

Fosforilando uma adenosina (ou seja, transferindo um fosfato a ela) , tem-se o AMP, Adenosina monofosfato:

Fosforilando o AMP, forma-se  o ADP, adenosina difosfato:

O ATP é resultado da fosforilação do ADP:



O ATP é  a "moeda energética' da célula, e falamos bastante dele aqui e aqui. Neste post vamos nos concentrar nos aceptores  intermediários de elétrons, ou seja, NAD, NADP e FAD.


NADH  e FADH2 são formas reduzidas de FAD e NAD 

NAD+ e FAD+ são  agentes oxidantes que participam da respiração celular,recebendo hidrogênios, se tornando  NADH e FADH2.

NAD, ou Nicotinamida Adenosina Dinucleotídeo é composto de uma adenosina ligada por dois fosfatos a uma outra  ribose, ligada a uma Nicotinamida (vitamina B3):


O NAD+ é a forma oxidada que, ao receber hidrogênio, produz a forma reduzida: NADH.
Observe abaixo as diferenças entre NAD+ e NADH:o grupo nicotinamida do NAD+(no retângulo vermelho, abaixo) que apresenta um carbono insaturado ( que faz ligação dupla); esse carbono se torna saturado (apenas com ligações simples), se ligando ao hidrogênio, o que forma o NADH;


Para analisarmos melhor, vamos numerar os átomos da nicotinamida:




Veja de novo na  mesma figura anotada o NAD+ com carbono 3, insaturado. Note agora o nitrogênio (6) com carga positiva, que confere ao NAD+ a carga positiva:

Ao receber hidrogênio, o carbono 3 deixa de ter ligação dupla como o carbono 2, se tornando saturado. Note que o nitrogênio (6) não está mais negativo e, por isso, NADH já não apresenta mais carga:


Sabemos que redução é ganho de elétrons. O hidrogênio é constituido de um próton (H+) e um elétron. Ou seja, em química orgânica, geralmente ganho de hidrogênios significa ganho de elétrons, em outras palavras, redução. Observe a reação abaixo, com ênfase na nicotinamida, que este grupo ganha dois elétrons, o que explica o fato do nitrogênio deixar de apresentar carga positiva e, assim, NADH também:

O FAD, Flavina adenosina dinucleotídeo, também apresenta uma adenosina  ligada por dois fosfatos a uma riboflavina (vitamina B2):


Abaixo a forma oxidada (FAD) e reduzida (FADH2). Observe o nitrogênio em azul com ligações duplas do FAD. Essas ligações duplas se desfazem e o nitrogênio se liga a hidrogênio,formando o NADH2:




NAD e FAD são agentes oxidantes e funcionam como aceptores intermediários de elétrons 

Lembremos as etapas da respiração: glicólise, formação de acetil-CoaA, Ciclo de Krebs e Cadeia respiratória.

Observe,abaixo , a equação global da glicólise.  O NAD+ é agente oxidante que retira hidrogênios da glicose, reação que produz 2 moléculas de piruvato, 2 NADH e 2 ATP de saldo:


Em resumo:



O ácido pirúvico pode ser captado pela mitocôndria, formando acetil-CoA, que entra no ciclo de Krebs:


Perceba que o  ácido pirúvico ( que apresenta 3 carbonos), ao ser captado pela mitocôndria, é oxidado acetato que,ao receber CoA se torna Acetilcoenzima A ( que apresenta 2 carbonos). Esse diminuição do número de carbonos ocorre por perda de CO2.  Perceba que NAD+ é reagente do processo, retirando hidrogênios, o que produz a forma reduzida NADH +H+.  O Acetil-CoA entra no ciclo de Krebs, que envolve várias reações, nas quais FAD e NAD são agentes oxidantes.



As formas reduzidas NADH e FADH2 são oxidadas nas cristas mitocondrias, reciclando NAD+ e FAD+. Nas cristas ocorre a fosforilação oxidativa, processo de maior saldo energético da respiracao:

Image result for nad fad crista mitocondrial


Assim, existe um fluxo de elétrons ao longo do processo de respiração celular. NAD e FAD são intermediários que interligam os processos como a glicólise, formação de acetil-CoA com a cadeia respiratória, sendo aceptores intermediários de elétrons, por fim recebidos pelo O2, o aceptor final. Veja na figura que outras moléculas além da glicose podem ser oxidadas, como aminoácidos e ácidos graxos, sendo NAD+ e FAD+  os agentes oxidantes;


Se NAD+ e FAD+ são reagentes da respiração, por que eles geralmente não aparecem na reação global?


A reação global da respiração celular está apresentada abaixo, perceba que NAD e FAD, mesmo sendo reagentes fundamentais ao processo, estão omitidos:
Image result for respiracao celular mitocondria

Isso ocorre porque  NAD+ e FAD+  reagem recebendo hidrogenios (são reduzidos) formando NADH e FADH2 que  são posteriomente oxidados, formando NAD+ e FAD+.  Assim, por serem reciclados ( são intermediários!) ,   NAD e FAD são reagentes E  produtos e, por isso, são omitidos na reação global simplificada:








Importância da reciclagem do NAD e FAD 


NAD+ e FAD+ são fundamentais ao  metabolismo energético. Entretanto, ocorrem em concentrações relativamente baixas na célula. As formas reduzidas NADH e FADH2 não podem mais oxidar os substratos da respiração e, por isso, devem transferir o hidrogênio para outros compostos a fim de retornar as formas oxidadas NAD+ e FAD+.  A ausência da reciclagem desses nucleotídeos signfica a paralisação da respiração.  Assim, a cadeia respiratória, além de produção de grande quantidade de ATP, é fundamental para a reciclagem do NAD+ e FAD+. A ausência do oxigênio impede o fluxo de elétrons, interrompendo a  cadeia respiratória e, por consequencia, essa reciclagem. Qualquer outro prejuizo aos citocromos, interrompendo a cadeia, tem o mesmo efeito. O impedimento da reciclagem paralisa todos os processos mitocondriais, pois depende desses dois agentes oxidantes: formação de acetil-CoA e ciclo de Krebs. Ou seja, os processos mitocondriais são dependentes direta ou indiretamente do oxigênio.

A fermentação promove a reciclagem do NAD na ausência do oxigênio

A glicólise, assim como os processos mitocondriais, depende o agente oxidante NAD+, que deve ser constantemente reciclado. Como vimos os processos mitocondriais dependem cadeia respiratória para essa reciclagem, e essa cadeia depende o oxigênio como aceptor final. Mas a glicólise é um processo que não depende do oxigênio. O NADH pode ser reciclado a NAD+ ao reagir com o piruvato, transferindo seu hidrogênio a ele. Esse é o processo da fermentação, na qual o aceptor final de elétrons é uma molécula orgânica. Como não há oxidação completa da glicose na fermentação, a energia liberada (saldo de 2 ATP da glicólise) é bem menor do que na respiração (36 a 38 ATP).

Fermentação alcóolica:
Image result for fermentacao nad

Fermentação lática:
Image result for fermentacao nad



O NADP é aceptor intermediário da fotossítese

O NADP é um NAD+ que apresenta fosfato na sua estrutura, compare:


Ele é o intermediário entra as fase "clara" e "escura". Na fase clara, a água é quebrada, liberando oxigênio e hidrogênios. Estes últimos se ligam ao NADP, que se torna NADPH. Na fase escura ( ciclo de Calvin), o NADPH é oxidado, reciclando NADP. O hidrogênio fará parte da composição da glicose (C6H12O6).


As vitaminas B3 e B2 são fundamentais ao metabolismo energético

Nicotinamida (vitamina B3) e Riboflavina (Vitamina B2) não são sintetizadas por animais e por isso devem ser adquiridas na alimentação. São fontes a carne, leite,ovo e folhas. Vamos retomar alguns pontos para entender a importância dessas vitaminas.

Lembrando da forma química do NAD+:

A Nicotinamida ( ou Niacina) é a vitamina B3. Ou seja, sem B3 não há respiração celular, nem fermentação. Assim, a carência absoluta de B3 causa a morte, enquanto que sua redução da dieta prejudica todos os tecidos, mas aqueles de maior metabolismo são os que apresentam prejuízo mais evidente, como tecido muscular e nervoso.  A falta de B3 causa Pelagra a doença dos 3Ds : diarréia, demência e dermatite. Em ingles ela é conhecida como "disease of 4D",  sendo o quarto "D" a morte ("death").
A Niacina é encontrada em qualquer tecido, mas será mais frequente em tecidos de alto metabolismo (por terem maior concentração de NAD), e por isso são boas fontes de B3 a carne (que é tecido muscular) e o fígado. Folhas também são fonte de B3 pois são ricas em NADP, que participa da fotossíntese .

Riboflavina (B2), constituinte do FAD+,  é fundamental para o ciclo de Krebs. A arriboflavinose , ou seja, a carência de riboflavina, também está relacionada a dermatites, lesões em boca, cansaço.



QUESTÕES

 1.(UFRJ) As leveduras são utilizadas pelos vinicultores como fonte de etanol, pelos panificadores como fonte de dióxido de carbono e pelos cervejeiros como fontes de ambos. As etapas finais do processo bioquímico que forma o etanol e o dióxido de carbono estão esquematizadas abaixo.
29
Além da produção de tais substâncias, esse processo apresenta a seguinte finalidade para a levedura:
a) Reduzir piruvato em anaerobiose.
b) Reoxidar o NADH2 em anaerobiose.
c) Produzir aldeído acético em anaerobiose.
d) Iniciar a gliconeogênese em aerobiose.
 2. (PUC-SP) Comparando-se a respiração aeróbica e a fermentação, através dos esquemas abaixo, fizeram-se as seguintes afirmações:
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I. Na respiração aeróbica o aceptor final dos hidrogênios é o oxigênio e na fermentação é a própria substância orgânica formada.
II. A diferença entre a fermentação e a glicólise aeróbia é o destino dos hidrogênios durante o processo.
III. Os aceptores intermediários de hidrogênio que participam dos dois processos são diferentes.
Assinale:
a) Se as afirmativas III e III estiverem certas.
b) Se apenas a afirmativa I estiver certa.
c) Se apenas a afirmativa II estiver certa.
d) Se as afirmativas I e II estiverem certas.
e) Se todas as afirmativas estiverem erradas.
3.(UERJ/2001) Usando-se uma preparação de mitocôndrias isoladas, incubada em condições adequadas, foram medidas as taxas de consumo do oxigênio e do substrato e a taxa de produção de ATP, em duas situações:
I. ausência de cianeto;
II. presença de cianeto.
Observe o gráfico que representa o resultado desse experimento.
BIO-9
Indique a ação do cianeto na cadeia respiratória mitocondrial.

segunda-feira, 19 de junho de 2017

Curso Genética e Evolução

Genética e evolução são dois dos temas mais frequentes em qualquer vestibular. A Sala BioQuímica inicia abordagem do tema em Julho.  O curso é um dos módulos da salinha, seguido depois de Fisiologia e parasitologia no curso Por dentro  e Ecologia e botânica no curso Ambiente e Saúde.

Sabia Mais sobre o curso Genética e Evolução clicando AQUI.

Conheça a sala nas aulas temáticas:




quarta-feira, 7 de junho de 2017

Aulas Programadas de Junho

Para fazer as oficinas temáticas de questões  é necessário se inscrever em salabioquímica@gmail.com ou pelo whatsapp 991954606.  Valor da inscrição: R$ 20.




Divisão e diferenciação celular: controle e descontrole. Temas: fatores de estímulo e controle da mitose, transtornos de multiplicação e diferenciação (hiper/hipotrofia, metaplasia,neoplasia).
Quarta 21/6  14 as 16h;reprise 18:30-20:30
Sábado 24/6  9-11:00

 Antibióticos: da bala mágica à corrida armamentista. Diferenças entre eucariotos e procariotos, grupos de bactérias, ação de certos antibióticos, teoria endossimbiótica, seleção natural, efeitos da competição e amensalismo, antagonismo microbiano e saúde do hospedeiro, importância da microbiota indígena.
Sexta 23/6 14 as 16h;reprise 18:30-20:30
Sábado 24/6 13 as 15:00

Ciclo celular, mitose e meiose 
Sábado 24/6 15 as18:00


Divisão celular e fecundação: Aneuplodias, mosaico e quimera 
Segunda 26/6  18 as 21h
sábado 1/07  13 as 15h

Respiração celular e fermentação Temas: glicólise; processos mitocondriais; reciclagem do NAD; fosforilação oxidativa.
Quarta 27/6  18:30-20:30

Fotossíntese Temas: fases "clara" e "escura"; PCF, plantas heliófitas e umbrófilas. Plantas CAM, C3 e C4.
sábado 1/07 9 as 12:00


TEMAS  DE JULHO: 1)organelas e diferenciação celular  2) Genética e Evolução 2)Revisando genética através do Sistemas ABO e RH 3) Revisando genética através da sindrome falciforme

Recarregando a pilha: três processos de fosforilação. ATP sintase.

Recarregando a pilha: três processos de fosforilação

O ATP, a moeda energética da célula, libera energia para os processos biológicos ao ser hidrolizado em ADP +Pi . Assim, o ADP deve ser fosforilado novamente a ATP para que a célula possa desempenhar seus processos.
Existem 3 processos de fosforilação: em nível do substrato, fosforilação oxidativa e fotofosforilação.


1) Fosforilação em nível de substrato: O ATP é gerado por transferencia de grupo fosfato de um substrato ao ADP:


Um exemplo de fosforilação em nível de substrato ocorre na Glicólise e Ciclo de Krebs. A glicólise apresenta 10 reações , esquematizadas abaixo. Preste atenção apenas nas reações numeradas em 7 e 10, em azul:


Nas reações 7 (formação de ácido 3 fosfoglicérico ) e 10 (formação de ácido pirúvico), moléculas fosforiladas doam seu fosfato para o ADP, gerando ATP:

Formação de ácido 3 fosfoglicérico: 

Formação de ácido pirúvico:

Outro exemplo de fosforilação em nível de substrato  ocorre quando a fosfocreatina doa fosfato para o ADP, reciclando rapidamente o ATP:

Essa fosfocreatina é gerada no descanso, quando há um excedente de ATP. Observe o GIF abaixo. No descanso ("rest"), o excedente de ATP transfere fosfatos formando fosfocreatina. No exercicio, a fosfocreatina transfere fosfatos para o ADP, reciclando rapidamente o ATP:


2) Fosforilação oxidativa: ocorrem uma série de reações de oxiredução durante a respiração, envolvendo um aceptor final de hidrogênios inorgânico, que pode ser o  O2,  na respiração aeróbica, ou nitrato (NO3-), nitrito (NO2-) ou sulfato (SO2-) no caso da respiração anaeróbica.

Nessa processo é fundamental uma cadeia transportadora de elétrons. No caso, o oxigênio é o aceptor final de elétrons e prótons:




A cadeia transportadora de eletrons bombeia protons para uma região da mitocondria, que retornam  por uma proteina chamada ATP sintase. A energia desse retorno é usada para fosforilar do ADP em ATP.

Em resumo:


veja o vídeo sobre a fosforilação oxidativa:



3)Fotofosforilação: processo de formação de ATP  usando-se como energia  a luz. Ocorre na fase clara, a primeira fase da fotossíntese. Posteriormente, na fase escura, esses ATPs são hidrolisados em ADP +P fornecendo energia para formação da glicose.
O processo é parecido, em parte , com a fosforilação oxidativa. Elétrons doados pela clorofila serão transferidos por uma cadeia transportadora...


...essa cadeia transportadora bombeia protons para certo espaço do cloroplasto, que retornam por uma proteina ATP sintase, que utiliza a energia desse retorno para a formação de ATP:




Em um GIF bem rapidinho: a luz estimula a transferencia e com isso o fluxo de elétrons (da esquerda para direita). Ao fim, o fluxo de protons pela ATP sintase forma ATP ( em vermelho, bem rápido, a direita): via GIPHY


Veja o vídeo sobre fotofosforilação:


Assim, tanto a fosforilação oxidativa quanto a fotofosforilação existe a participação de cadeia transportadora de elétrons e de ATP sintase, que, como o nome revela, é o local da formação do ATP. São, assim, atividades que dependem de membranas, já que citocromos e ATP sintases são proteínas inclusas nas membranas, seja as cristas mitocondriais ou membrana plasmática de bactérias aeróbicas ( no caso da respiração) ou tilacóides ou membranas plasmáticas de cianobactérias (no caso da fotossíntese).


O fluxo de H+ pela ATP sintase fornece energia para a formação do ATP:


Resumo: O ATP é a moeda energetica para os processos biológicos, usado para os trabalhos da célula.  Fosforilação em nivel do substrato, fosforilação oxidativa e fotofosforilação oxidativa são os processos pelos quais a célula produz ATP

Questões:

1Muitas bactérias aeróbicas apresentam um mecanismo de geração de ATP parecido com o que é encontrado em células eucariotas. O esquema abaixo mostra a localização, nas bactérias aeróbicas, da cadeia respiratória, da enzima ATP-sintase e das etapas do metabolismo energético da glicose. 

A) Cite em que estruturas se localizam, nas células eucariotas, os elementos indicados na legenda do esquema apresentado.
B) Admita que a bactéria considerada seja aeróbica facultativa e que, em anaerobiose, produza ácido lático. Nessas condições, explique o processo de geração de ATP e de produção de ácido lático.


2)(UFV) Observe o esquema abaixo, em que foram atribuídos cinco processos (I, II,III, IV e V) para os quais a energia deve ser distribuída. Entretanto, esses processos podem, ou não, estar corretamente indicados conforme o “gasto” de energia.
60
Estão corretamente indicados apenas os seguintes processos:
a) I, II, III e V.
b) III, IV e V.
c) I, II, III e IV.
d) II, IV e V.
e) I, II e V.
3)UNICENTRO) A figura apresentada ilustra:
13
a) A ação da enzima ATP-sintase a partir da passagem de prótons pelo seu interior, durante a fosforilação oxidativa.
b) A passagem gradativa de elétrons durante a sua transferência na cadeia transportadora até o seu aceptor final.
c) O acúmulo de prótons H+ no espaço intermembrana devido à acidificação por meio da liberação de ácido láctico proveniente da fermentação.
d) O transporte de elétrons pelo complexo fotossintético de antena, levando à síntese de ATP dirigida pela captação da energia luminosa.
e) A produção direta de ATP a partir da degradação de acetil coenzima A a ácido oxalacético.

.
.
.

Respostas:
1)a) Cadeia respiratória: membrana interna da mitocôndria ATP-sintase: membrana interna da mitocôndria Ciclo de Krebs: matriz mitocondrial Glicólise: citosol 
b) Em anaerobiose, a geração de ATP será exclusivamente feita durante a glicólise, já que a cadeia respiratória e, conseqüentemente, o ciclo de Krebs estarão inativos. Para que haja continuidade na atividade glicolítica, é preciso que o NADH produzido seja reoxidado a NAD+ , o que é possível por meio da redução do ácido pirúvico formado na glicólise em ácido lático.
2.c 3.a

Para saber Mais:
Fases Claras e Escura da fotossíntese
Nucleotídeos e metabolismo energético: NAD, FAD, NADP e ATP
ATP: moeda energética da célula
Termoquímica 

terça-feira, 6 de junho de 2017

Termoquímica metabólica: combustão x respiração celular

Por Fabio Dias Magalhães

Tanto a combustão da glicose quanto a respiração celular liberam a mesma quantidade de energia. Entretanto, os dois processos apresentam graves diferenças.
Antes de distinguir os dois processos, lembremos os elementos de uma reação química, em um gráfico de caminho de reação. Quando reagentes mais energéticos são convertidos em produtos, ocorre uma liberação de energia, o que caracteriza uma reação exotérmica. Perceba que mesmo uma reação exotérmica necessita de uma energia de ativação, necessária para que a reação ocorra. Assim, sem energia de ativação, não há reação, e por isso ela limita a velocidade da reação.

A diferença entre a energia do produto e reagente é chamada de variação de etalpia (ΔH), e é negativa em reações exotérmicas (já que reagentes são mais energéticos que produtos e, por isso, há "perda" de energia). Observe abaixo a energia de ativação e o ΔH:


Assim, o fato de uma reação ser exotermica não significa que ela ocorrerá espontaneamente, é necessária uma energia que inicie o processo. Por exemplo, a queima de um papel só se inicia com o fornecimento inicial de uma pequena chama.  Catalisadores aumentam a velocidade da reação por que fornecem um caminho de reação alternativo, com menor energia de ativação, sem altera o ΔH:

Semelhanças e diferenças entre combustão da glicose e respiração celular

Os dois processos são exotérmicos, com o mesmo ΔH e apresentam a mesma equação geral :
Entretanto existem graves diferenças. A combustão da matéria orgânica não é geralmente, catalisada, necessitando de uma energia de ativação relativamente alto: uma pequena chama, por exemplo. Essa reação libera uma grande energia rapidamente, na forma de chama. Assim, essa combustão envolve temperaturas relativamente altas:

Temperaturas altas não são compatíveis com a integridade da célula. Ou seja, ela não fornecerá nenhuma chama para o processo ser iniciado, e esse processo obviamente não liberará energia nesta forma.
Perceba, abaixo, que a energia é liberada gradualmente, em várias reações, que ocorrem em locais diferentes da célula. Existe um acomplamento entre essas reações exotérmicas e a formação de ATP, ou seja, grande parte da energia liberada é mantida como energia química no ATP. (Uma parte da energia é perdida na forma de calor , o que mostra que altas taxas de respiração celular são essenciais para a endotermia).


Compare, abaixo, a energia de ativação de ambos os processos. Veja que a respiração celular apresenta menores energias de ativação , por conta da ação de enzimas, que são biocatalisadores:


A respiração celular é composta de várias reações que ocorrem em locais diferentes

Uma aparente contradição dessa comparação é a seguinte: se a respiração é um processo catalisado, por que ele é mais lento que a combustão?

Apesar de apresentarem a mesma equação global, esta reação no caso da respiração é um somatório de várias reações que ocorrem em locais e por isso em tempos diferentes da célula. Isso é vantajoso no sentido de permitir que a energia seja liberada gradualmente, já que, de outro modo, a célula seria destruída pela liberação de grande quantidade de energia de uma vez só. Abaixo, as etapas da respiração:glicólise, formação de acetil-CoA, ciclo de Krebs e cadeia respiratória. Cada etapa é constituída de várias reações químicas. Perceba a formação de ATP e de NADH, que transporta hidrogênios para a cadeia respiratória:

Analise a figura abaixo que resume as principais fases:

1) Glicólise: ocorre no citosol, forma ácido pirúvico, ATP e NADH (TH, na figura, de Transportador de Hidrogenio)
2)Ciclo de Krebs: gera ATP, CO2  e NADH e FADH2 (chamados de TH na figura)
3)Cadeia respiratória: ocorre nas cristas mitocondriais, que recebem os hidrogênios transportados por NADH e FADH2 , formam ATP e H2O. Perceba que quando os Transportadores de Hidrogênio NADH e FADH2  transferem os Hidrogênios para a crista mitocondrial, eles retornam como NAD e FAD, podendo de novo  participar do ciclo de Krebs. Ou seja, NAD e FAD são reciclados na cadeia respiratória. Falaremos sobre isso em outro post.

Analise, abaixo, as figuras das questões, localizando cada um desses processos, e responda aos dois itens:


Questões

1)(PUC-MG) Observe atentamente o esquema abaixo.
5a
Com base no esquema e em seus conhecimentos sobre o assunto, assinale a alternativa incorreta.
a) Glicose e ácidos graxos são substratos importantes para iniciar as vias das reações químicas que acontecem dentro das mitocôndrias, porém a glicose não entra nessa organela.
b) A cadeia respiratória, que ocorre nas mitocôndrias, depende de oxigênio para produção de ATP e água, representada por B.
c) O Ciclo de Krebs é uma etapa comum para a oxidação completa de carboidratos e de lipídeos como os triglicerídeos ou fosfolipídios representados por A.
d) A oxidação de componentes orgânicos para a produção de NADH2 não ocorre fora da matriz mitocondrial.

2)(UEFS) A figura abaixo ilustra algumas etapas de determinadas reações oxidativas presentes em células eucarióticas.
09
Em relação a esse processo e às reações associadas a ele, é possível afirmar:
a) O processo biológico representado é o da fotossíntese e ocorre no interior dos cloroplastos.
b) As reações ilustradas da cadeia transportadora de elétrons são responsáveis por uma intensa fosforilação dependente da ação da enzima ATP sintase.
c) A figura ilustra etapas da síntese de cadeias polipeptídicas no interior do retículo endoplasmático.
d) A glicose é o principal produto resultado da redução química do CO2 utilizado como reagente da reação.
e) O gradiente de prótons gerado no interior das membranas internas garante a produção intensa de ATP a partir da energia luminosa fixada previamente pela clorofila.
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Respostas
1)B  2)B


Resumindo...
Respiração celular e combustão são ambos processos de oxidação ( de transfência de elétrons), que apresentam a mesma equação geral e a mesma quantidade de energia liberada. Entretanto, a combustão demanda grande quantidade de energia de ativação e libera a energia de uma vez na forma de chama, enquanto que a respiração celular libera a energia gradualmente, em várias reações biocatalisadas, nas quais grande parte da energia é utilizada na  formação de ATP.

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