Bioenergética
Todos os sistemas vivos apresentam actividade biológica, isto é, possuem um meio interno estável e diferenciado do meio externo, o qual é assim mantido graças ao facto de as trocas e relações diversas com o meio estarem sob o controlo do próprio organismo. No entanto, para que as funções vitais que caracterizam um ser vivo (trocas celulares, circulação de fluídos, temperatura corporal, etc.) possam ser mantidas, ele necessita de obter energia, já que, em cada momento, a Vida é o resultado de milhões de reacções químicas, ocorrentes em simultâneo, cessando apenas com a morte, e que necessitam de energia para a sua manutenção.
Quanto ao modo de obtenção de energia, os seres vivos podem ser divididos em dois grupos:
- autotróficos ou produtores: é o caso das plantas e de algumas bactérias, que são capazes de produzir as suas próprias moléculas orgânicas (nomeadamente, glicose) a partir das quais obtêm a energia de que necessitam, usando apenas a energia solar e substractos inorgânicos, como a água e dióxido de carbono;
- heterotróficos ou consumidores: todos os seres vivos que não têm capacidade de produzir as moléculas orgânicas de que necessitam para a obtenção de energia, usando apenas substractos inorgânicos, precisando, por isso, de as obter a partir de outras moléculas orgânicas, provenientes de outros seres vivos dos quais se alimentam.
A fonte primária de energia da Biosfera é o Sol, já que os produtores, através do processo de fotossíntese, são capazes de captar a energia luminosa do Sol transformando-a em energia química, armazenada nas ligações entre os átomos das moléculas orgânicas que sintetizam (exemplo: glicose). Posteriormente, graças ao processo de respiração, as moléculas orgânicas sintetizadas, principalmente a glicose, são oxidadas na presença do oxigénio quebrando-se determinadas ligações químicas, do que resulta a libertação de energia que o organismo utiliza para assegurar a sua actividade biológica.
Os heterotróficos, como não realizam fotossíntese, não conseguem sintetizar a principal molécula utilizada como fonte energética pelos seres vivos, a glicose, pelo que necessitam de a obter através da ingestão de matéria orgânica, a qual , após ser digerida, permite obter glicose e outras moléculas orgânicas essenciais aos processos de produção de energia e crescimento/ renovação celular.
O modo como a energia é obtida nos heterotróficos, a partir da glicose, pode seguir duas vias: através de processos de respiração aeróbia, em que é necessária a presença de oxigénio, ou de processos de respiração anaeróbia ou fermentação, que não utilizam oxigénio. Estas duas vias catabólicas (sequências de reacções bioquímicas que levam à produção de energia a partir da quebra de ligações em moléculas orgânicas) têm uma primeira fase comum, a glicólise, que consiste na quebra da glicose em ácido pirúvico com libertação de energia, decorrendo este processo no hialoplasma da célula sob controlo enzimático. No processo de respiração aeróbia, o ácido pirúvico, formado na glicólise, é dirigido para as mitocôndrias (organelo celular) onde irá dar origem a mais energia, graças a processos de oxidação-redução, formando-se água e dióxido de carbono como produtos finais. Na fermentação, na ausência do oxigénio, o ácido pirúvico é convertido em etanol ou ácido láctico, consoante o tipo de organismo ou célula (fermentação láctica ou alcoólica), não ocorrendo produção de mais energia durante este processo, que decorre também no hialoplasma da célula.
Na respiração aeróbia os produtos finais (água e dióxido de carbono) são moléculas simples, enquanto que os produtos finais da fermentação são compostos orgânicos ainda muito ricos em energia potencial, que não é metabolizada pelo organismo, sendo, por isso, este processo menos eficaz, em termos de rendimento energético.
A fermentação alcoólica é utilizada na indústria para a produção de bebidas alcoólicas, aproveitando a capacidade de algumas leveduras para realizarem este processo metabólico, enquanto que a fermentação láctica (realizada por leveduras e algumas bactérias) é usada na indústria de lacticínios, ocorrendo também este processo nas células musculares, quando sujeitas a grandes esforços e com disponibilização de volumes de oxigénio insuficientes. Estas células, à semelhança de algumas leveduras e bactérias, dizem-se anaeróbias facultativas: embora realizem normalmente respiração aeróbia, quando em esforço ou na presença de baixas concentrações de oxigénio, são capazes de produzir energia mais rapidamente a partir de processos fermentativos, levando à acumulação de ácido láctico nos músculos, do que resultam dores musculares, vulgares após esforços intensos.
Ao longo dos processos de produção de energia nos seres vivos, é de salientar a extrema importância de uma molécula biológica, o ATP (adenosina trifosfato), formada por uma base azotada (adenina), um açúcar com 5 carbonos (ribose) e 3 grupos fosfato. O ATP actua como uma pilha biológica, libertando energia ou recebendo-a, consoante cede ou volta a receber fosfatos. Esta molécula funciona como um transportador de energia dentro da célula, recebendo a energia resultante dos processos de oxidação- redução ocorrentes durante a fotossíntese e respiração, ficando assim na forma carregada (ATP). Estas moléculas vão depois ceder a energia potencial que acumularam nas suas ligações químicas internas (entre os grupos fosfato) às diferentes reacções ocorrentes em diferentes compartimentos celulares (exemplo: síntese proteica nos ribossomas), sendo essa energia libertada pela quebra da ligação de um grupo fosfato formando-se ADP (adenosina di-fosfato) ou, mais raramente, quando são libertos 2 fosfatos, AMP (adenosina mono-fosfato), ficando assim a molécula descarregada, devido à libertação da energia potencial armazenada nas suas ligações químicas. A molécula volta a ser regenerada energeticamente, para a forma de ATP, graças à energia obtida durante os processos de captação de luz solar (fotossíntese) e oxidação-redução de compostos orgânicos durante a respiração, que vai permitir a ligação dos grupos fosfatos necessários para regenerar o ATP, reiniciando-se um novo ciclo de utilização.
Em cada segundo, são produzidas 10 milhões de moléculas de ATP numa célula, sendo igual quantidade convertida em ADP, por forma a assegurar a energia necessária aos processos vitais.
Todos os sistemas vivos apresentam actividade biológica, isto é, possuem um meio interno estável e diferenciado do meio externo, o qual é assim mantido graças ao facto de as trocas e relações diversas com o meio estarem sob o controlo do próprio organismo. No entanto, para que as funções vitais que caracterizam um ser vivo (trocas celulares, circulação de fluídos, temperatura corporal, etc.) possam ser mantidas, ele necessita de obter energia, já que, em cada momento, a Vida é o resultado de milhões de reacções químicas, ocorrentes em simultâneo, cessando apenas com a morte, e que necessitam de energia para a sua manutenção.
Quanto ao modo de obtenção de energia, os seres vivos podem ser divididos em dois grupos:
- autotróficos ou produtores: é o caso das plantas e de algumas bactérias, que são capazes de produzir as suas próprias moléculas orgânicas (nomeadamente, glicose) a partir das quais obtêm a energia de que necessitam, usando apenas a energia solar e substractos inorgânicos, como a água e dióxido de carbono;
- heterotróficos ou consumidores: todos os seres vivos que não têm capacidade de produzir as moléculas orgânicas de que necessitam para a obtenção de energia, usando apenas substractos inorgânicos, precisando, por isso, de as obter a partir de outras moléculas orgânicas, provenientes de outros seres vivos dos quais se alimentam.
A fonte primária de energia da Biosfera é o Sol, já que os produtores, através do processo de fotossíntese, são capazes de captar a energia luminosa do Sol transformando-a em energia química, armazenada nas ligações entre os átomos das moléculas orgânicas que sintetizam (exemplo: glicose). Posteriormente, graças ao processo de respiração, as moléculas orgânicas sintetizadas, principalmente a glicose, são oxidadas na presença do oxigénio quebrando-se determinadas ligações químicas, do que resulta a libertação de energia que o organismo utiliza para assegurar a sua actividade biológica.
Os heterotróficos, como não realizam fotossíntese, não conseguem sintetizar a principal molécula utilizada como fonte energética pelos seres vivos, a glicose, pelo que necessitam de a obter através da ingestão de matéria orgânica, a qual , após ser digerida, permite obter glicose e outras moléculas orgânicas essenciais aos processos de produção de energia e crescimento/ renovação celular.
O modo como a energia é obtida nos heterotróficos, a partir da glicose, pode seguir duas vias: através de processos de respiração aeróbia, em que é necessária a presença de oxigénio, ou de processos de respiração anaeróbia ou fermentação, que não utilizam oxigénio. Estas duas vias catabólicas (sequências de reacções bioquímicas que levam à produção de energia a partir da quebra de ligações em moléculas orgânicas) têm uma primeira fase comum, a glicólise, que consiste na quebra da glicose em ácido pirúvico com libertação de energia, decorrendo este processo no hialoplasma da célula sob controlo enzimático. No processo de respiração aeróbia, o ácido pirúvico, formado na glicólise, é dirigido para as mitocôndrias (organelo celular) onde irá dar origem a mais energia, graças a processos de oxidação-redução, formando-se água e dióxido de carbono como produtos finais. Na fermentação, na ausência do oxigénio, o ácido pirúvico é convertido em etanol ou ácido láctico, consoante o tipo de organismo ou célula (fermentação láctica ou alcoólica), não ocorrendo produção de mais energia durante este processo, que decorre também no hialoplasma da célula.
Na respiração aeróbia os produtos finais (água e dióxido de carbono) são moléculas simples, enquanto que os produtos finais da fermentação são compostos orgânicos ainda muito ricos em energia potencial, que não é metabolizada pelo organismo, sendo, por isso, este processo menos eficaz, em termos de rendimento energético.
A fermentação alcoólica é utilizada na indústria para a produção de bebidas alcoólicas, aproveitando a capacidade de algumas leveduras para realizarem este processo metabólico, enquanto que a fermentação láctica (realizada por leveduras e algumas bactérias) é usada na indústria de lacticínios, ocorrendo também este processo nas células musculares, quando sujeitas a grandes esforços e com disponibilização de volumes de oxigénio insuficientes. Estas células, à semelhança de algumas leveduras e bactérias, dizem-se anaeróbias facultativas: embora realizem normalmente respiração aeróbia, quando em esforço ou na presença de baixas concentrações de oxigénio, são capazes de produzir energia mais rapidamente a partir de processos fermentativos, levando à acumulação de ácido láctico nos músculos, do que resultam dores musculares, vulgares após esforços intensos.
Ao longo dos processos de produção de energia nos seres vivos, é de salientar a extrema importância de uma molécula biológica, o ATP (adenosina trifosfato), formada por uma base azotada (adenina), um açúcar com 5 carbonos (ribose) e 3 grupos fosfato. O ATP actua como uma pilha biológica, libertando energia ou recebendo-a, consoante cede ou volta a receber fosfatos. Esta molécula funciona como um transportador de energia dentro da célula, recebendo a energia resultante dos processos de oxidação- redução ocorrentes durante a fotossíntese e respiração, ficando assim na forma carregada (ATP). Estas moléculas vão depois ceder a energia potencial que acumularam nas suas ligações químicas internas (entre os grupos fosfato) às diferentes reacções ocorrentes em diferentes compartimentos celulares (exemplo: síntese proteica nos ribossomas), sendo essa energia libertada pela quebra da ligação de um grupo fosfato formando-se ADP (adenosina di-fosfato) ou, mais raramente, quando são libertos 2 fosfatos, AMP (adenosina mono-fosfato), ficando assim a molécula descarregada, devido à libertação da energia potencial armazenada nas suas ligações químicas. A molécula volta a ser regenerada energeticamente, para a forma de ATP, graças à energia obtida durante os processos de captação de luz solar (fotossíntese) e oxidação-redução de compostos orgânicos durante a respiração, que vai permitir a ligação dos grupos fosfatos necessários para regenerar o ATP, reiniciando-se um novo ciclo de utilização.
Em cada segundo, são produzidas 10 milhões de moléculas de ATP numa célula, sendo igual quantidade convertida em ADP, por forma a assegurar a energia necessária aos processos vitais.
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