O nome da substância misteriosa que é produzida por todas aquelas pequenas usinas de energia (mitocôndrias) e que serve de moeda de troca energética para a célula é Adenosina tri fosfato mais conhecida como ATP.
1) Mas que substância é mesmo esse ATP? Essa substância é um nucleotídeo constituído por uma base nitrogenada (a adenina), por um açúcar (a ribose) e por três grupamentos fosfato, por isso e chamada tri fosfato. A adenina ao se unir a ribose forma a adenosina. Se apenas um fosfato se ligar a adenosina, teremos então o monofosfato de adenosina: AMP (que é super importante para o sistema nervoso dos organismos!); a ligação a um segundo fosfato vai originar o difosfato de adenosina (ADP) e, ao ligar-se a um terceiro fosfato teremos o famoso trifosfato de adenosina ou ATP (a sigla vêm do inglês Adenosine Triphosphate).
2) Por que o ATP é um bom armazenador de energia? Isso têm a ver com os 3 fosfatos que ele carrega? Boa pergunta! Sim, a característica do ATP ser um ótimo armazenador de energia tem tudo a ver com os fosfatos. As ligações dos fosfatos (entre eles) são ligações de alta energia, permitindo acumulá-la em grande quantidade. Outra coisa muito importante é que o ATP pode “ceder” essa energia à maioria dos processos vitais realizados pela célula, ou seja, ela não somente armazena como principalmente transfere de maneira eficaz, a energia acumulada.
O papel do ATP como “moeda energética” da célula. As reações catabólicas liberam energia, que é armazenada nas moléculas de ATP. A célula utiliza essa energia armazenada para realizar trabalho, por exemplo para a união de aminoácidos, para a fabricação das proteínas, no transporte de substâncias através da membrana plasmática, na contração muscular etc.
3) Será que a energia que o nosso corpo precisa para realizar todas as muitas atividades que realiza provêm dos alimentos? Sim, sem dúvida, os alimentos que ingerimos fornecem a energia necessária para que as nossas células, e o nosso organismo possam realizar as suas funções.
4) Isso ocorre com todos os alimentos? Mesmo com a alface que a mãe obriga a comer? Sim, todos os alimentos fornecem energia ao nosso organismo em forma de ATP, incluindo o alface, o jiló, o quiabo e por aí vai. Existem alimentos mais e outros menos energéticos, mas vamos por parte.
Em princípio TODOS os alimentos que ingerimos devem ser degradados em moléculas mais simples a serem utilizadas pelas células, utilizando reações exotérmicas (exo=exterior e térmica vem de calor: energia), ou seja, reações que produzem energia. Dito de uma outra forma, todos os alimentos que ingerimos estão reduzidos, isto é, possuem elétrons que podem ser doados, e precisam ser transformados (os alimentos) em substâncias bem mais simples que sejam capazes de receber elétrons (substâncias oxidadas). Lembre-se: quando acontece uma reação química em que moléculas são degradadas, os átomos se reassociam formando outras moléculas. Então para que os nutrientes que ingerimos sejam oxidados, estes precisam reagir com o gás oxigênio (O2 ), liberando energia. Parte dessa energia é armazenada no ATP, que você já conhece muito bem! Para ser utilizada nos processos celulares.
5) Até aqui tudo bem, mas estamos falando de nutrientes e de O2 . O oxigênio será utilizado na respiração celular (que ocorre na mitocôndria); e quando comemos aquela alface ou aquela batatinha frita estamos ingerindo glicose que é um carboidrato, entre outros nutrientes. Logo falaremos desses outros nutrientes. Quando uma molécula de glicose reage com 6 moléculas de oxigênio, formam-se 6 moléculas de gás carbônico (CO2 ) e 6 de água (H2 O). A energia liberada nesse processo é suficiente para a fabricação de cerca de 38 moléculas de ATP: isto ocorre a partir de 38 moléculas de ADP e 38 fosfatos. TODO esse processo a partir dos nutrientes, utilizando O2 para obter energia em forma de ATP e produzir CO2 e H2 O é chamado de respiração celular ou respiração aeróbica por utilizar o oxigênio atmosférico.
Para obter a energia da batatinha frita (que está reduzida) o organismo precisa oxidá-la completamente, para finalmente obter a energia em forma de ATP. Esse processo todo chama-se respiração celular e ocorre principalmente dentro das mitocôndrias (as pequenas usinas) da célula.
O processo de respiração celular têm três etapas: glicólise, ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa. Bom, em primeiro lugar, a glicose é degradada através de várias enzimas específicas num total de 10 reações a duas moléculas menores o ácido pirúvico ou piruvato. Este processo chamado glicólise ocorre no citoplasma celular (especificamente no citosol ou líquido citoplasmático). Para que a glicose possa ser ativada a célula gasta 2 ATP, esse “investimento” é pago com juros, pois a cada molécula de glicose são produzidos pela glicólise 4 ATPs. Isto significa que o rendimento total da glicólise são 2 ATP (Produz 4, mas gasta 2, o “saldo” são 2 ATPs). Na glicólise também são liberados elétrons energizados e íons H+.
Os ácidos pirúvicos e os íons H+ produzidos durante a glicólise são conduzidos para dentro da mitocôndria, onde libertarão sua energia restante. O ácido pirúvico libera uma molécula de gás carbônico e uma de acetil. A molécula de acetil inicia uma série de oito reações (lembra que estamos dentro da mitocôndria) chamada de ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico. Os produtos finais do ciclo de Krebs são 2 CO2 além de mais elétrons energizados e íons H+ . 6) Os elétrons energizados e íons H+ devem ser muito importantes, pois são produzidos tanto na glicólise como no ciclo de Krebs. Isto é verdade? Por quê?
Sim, é verdade, estes elétrons energizados e íons H+ passam por substâncias transportadoras que ficam literalmente “enfileiradas” na membrana interna da mitocôndria formando a chamada cadeia respiratória ou cadeia de transporte de elétrons. Este transporte de elétrons permite que eles liberem gradativamente o excesso de energia. Essa energia é utilizada para forçar os íons H+ para o espaço entre as duas membranas mitocondriais. Os íons H+ acumulados nesse espaço são difundidos de novo para dentro da matriz mitocondrial. Essa passagem de íons H+ produz muita energia, pois fosforila ADP para formar ATP, esse processo é chamado de fosforilação oxidativa.
Muitos fungos e bactérias vivem em ambientes pobres em O2 , a obtenção de energia se dá pela degradação parcial de moléculas orgânicas a moléculas menores. Este processo é a fermentação. As células do nosso corpo também podem realizar a fermentação quando falta O2 para a respiração celular. Este processo também começa com a degradação da glicose, a glicólise produzindo 2 ácidos pirúvicos, e liberando energia para um “saldo” de 2 ATP. Em seguida o ácido pirúvico pode-se transformam em ácido lático ou etanol e CO2 .
Como você já deve ter ouvido falar, os esportistas podem acumular ácido lático nos seus músculos. Este processo é denominado de fermentação lática, e além das células musculares pode ser realizado por algumas bactérias, por exemplo, as bactérias que fermentam o leite. Em outra situação o ácido pirúvico proveniente da glicólise transforma-se em etanol (álcool etílico) e CO2 , este processo de fermentação alcoólica é realizado por alguns fungos, como o fermento de pão ou o fungo de padaria Saccharomyces cerevisiae. Há milênios a humanidade utiliza as leveduras para produzir bebidas alcoólicas e na produção de pão.
Continuando, nós sabemos que você não ingere somente glicose na sua alimentação! Então vamos estudar quais substâncias estão presentes nas células, e consequentemente, nos alimentos.
7) Os átomos que formam a matéria componente dos seres vivos são diferentes daqueles que formam a matéria não viva? Não, embora na matéria viva predominem certos tipos de átomos. Eles são idênticos aos encontrados na matéria não viva. Os átomos são unidades que compõem as moléculas. Uma molécula pode ser formada por dois, três ou milhares de átomos, por exemplo, a molécula de água é formada por dois átomos de H (hidrogênio) e um átomo de O (oxigênio), já a molécula de DNA (que você tem ouvido falar muito) têm milhares de átomos de C (carbono) entre milhares de átomos de outros elementos químicos. Quando a matéria viva é analisada em relação aos átomos que a formam, os mais abundantes são: carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O), nitrogênio (N), fósforo (P) e enxofre (S).
8) Então se os átomos da matéria não viva são os mesmos da matéria viva, existe algum deles que faça a diferença? A matéria viva está formada por moléculas orgânicas, e o átomo de carbono (C) forma a estrutura básica de todas elas. Nestas moléculas há carbonos unidos em sequência formando cadeias carbônicas. O carbono pode formar ligações com outros átomos e dessa forma originar diferentes moléculas orgânicas.
Os átomos quase nunca se encontram sozinhos, eles estão unidos a outros átomos por ligações. A ligação covalente ocorre na camada mais externa do átomo (entre os elétrons mais externos) e é muito firme e estável. O átomo de H, pode realizar apenas uma ligação covalente, o átomo de oxigênio, duas; o átomo de nitrogênio, três; e o átomo de carbono pode realizar quatro ligações covalentes! Será por isso que o átomo de carbono forma esqueletos carbônicos nas moléculas orgânicas?
As proteínas são formadas pelos ribossomos da célula, estas, uma vez desligadas dos ribossomos, entram no retículo endoplasmático rugoso (RER) onde são transferidas para o aparelho de Golgi. Nesta “viagem” pelo RER e pelo Golgi as proteínas são identificadas, modificadas e empacotadas em pequenas bolsas membranosas podendo atuar dentro da própria célula ou no meio externo.
– O retículo endoplasmático rugoso (RER) e o aparelho de Golgi funcionam de modo integrado. Proteínas produzidas pelos ribossomos penetram no RER, de onde são transferidas para o aparelho de Golgi. Neste, as proteínas são identificadas, modificadas e empacotadas em pequenas bolsas membranosas, que podem atuar dentro da própria célula ou no meio externo. A fotomicrografia eletrônica mostra a região apical de uma célula animal, repleta de grãos de secreção prontos para ser eliminados (aumento ≅ 6.600 vezes).
10) As proteínas são de fato as moléculas orgânicas mais abundantes nos seres vivos. E quanto às outras? Voltando a nossa conversa sobre a composição da matéria viva, em segundo lugar (em termos de abundância) estão as gorduras:
A principal característica das gorduras ou lipídios é que são insolúveis em água e há três tipos principais:
a) Glicerídeos: são os óleos e as gorduras, sendo todos eles formados por uma molécula de glicerol (um álcool de três carbonos) e ácidos graxos. Os glicerídeos são usados como reserva de energia.
b) Ceras: longas moléculas de ácidos graxos unidas a moléculas de álcool de cadeia longa. São altamente insolúveis e impermeabilizam a superfície das folhas das plantas, reduzindo a perda de água pela transpiração.
c) Esteroides: constituem uma categoria “especial” de lipídeos. São compostos de quatro anéis de carbono, interligados com átomos de hidrogênio (H) e oxigênio (O). O vilão colesterol é um esteroide. Se você lembra, a membrana celular é formada por um tipo especial de lipídeo (um tipo de glicerídeo) os fosfolipídeos que são constituídos por duas cadeias de ácidos graxos e um átomo de fósforo.
Os ácidos nucléicos formam o DNA, a molécula que carrega toda as informações genéticas dos seres vivos! O nome deriva deles terem sido encontrados no núcleo das células.
Existem dois tipos de ácidos nucléicos: o DNA (ácido desoxiribonucléico) e o RNA (ácido ribonucléico). Ambos possuem uma estrutura básica chamada nucleotídeo, constituída por uma base nitrogenada, um açúcar, e pelo ácido fosfórico. Os açúcares são a desoxirribose para o DNA e a ribose para o RNA. As bases adenina e guanina são púricas e as bases citosina e timina são pirimídicas.
Resumindo, o metabolismo celular é o conjunto de todas as reações químicas ocorridas nas células dos seres vivos, é o que lhes permite crescer, manter a sua identidade e se reproduzir.
11) Por que a Teoria Celular é uma ideia unificadora dentro da Biologia? Porque ela permitiu vislumbrar um princípio básico em meio a toda a diversidade dos seres vivos: apesar de variarem em uma série de aspectos, TODOS os seres vivos são formados por células. A Teoria Celular foi estabelecida entre os anos de 1938 e 1939 por dois pesquisadores Matthias Schleiden e Theodor Schwann, baseados nas próprias observações e na de vários outros cientistas: “Todos os seres vivos – animais, vegetais ou protozoários – são compostos por células e por produtos dessas células”.
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