Respiração Aeróbia

Respiração aeróbia:

A respiração aeróbia consiste em levar adiante o processo de degradação das moléculas orgânicas, reduzindo-as à moléculas praticamente sem energia liberável. Os produtos da degradação inicial da molécula orgânica são combinados com o oxigênio do ar e transformados em gás carbônico e água.

Etapas da respiração aeróbica: 

A degradação da glicose na respiração celular se dá em três etapas fundamentais: glicólise, ciclo de Krebs e cadeia respiratória. A glicólise ocorre no hialoplasma da célula, enquanto o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória ocorrem no interior das mitocôndrias (estrutura responsável pela respiração celular).

Glicólise:

 Como já vimos, a glicólise consiste na transformação de uma molécula de glicose, ao longo de várias etapas, em duas moléculas de ácido pirúvico. Nesse processo são liberados quatro hidrogênios, que se combinam dois a dois, com moléculas de uma substância celular capaz de recebê-los: o NAD (nicotinamida-adenina-dinucleotídio). Ao receber os hidrogênios, cada molécula de NAD se transforma em NADH2. Durante o processo, é liberada energia suficiente para a síntese de 2 ATP.

Ciclo do Ácido Cítrico ou de Krebs:

 Oxidação do Ácido Pirúvico As moléculas de ácido pirúvico resultantes da degradação da glicose penetram no interior das mitocôndrias, onde ocorrerá a respiração propriamente dita. Cada ácido pirúvico reage com uma molécula da substância conhecida como coenzima A, originando três tipos de produtos: acetil-coenzima A, gás carbônico e hidrogênios.

O CO2 é liberado e os hidrogênios são capturados por uma molécula de NADH2 formadas nessa reação. Estas participarão como veremos mais tarde, da cadeia respiratória. Em seguida, cada molécula de acetil-CoA reage com uma molécula de ácido oxalacético, resultando em citrato (ácido cítrico) e coenzima A, conforme mostra a equação abaixo:

1 acetil-CoA + 1 ácido oxalacético = 1 ácido cítrico + 1 CoA
 (2 carbonos)           (4 carbonos)            (6 carbonos)

 Analisando a participação da coenzima A na reação acima, vemos que ela reaparece intacta no final. Tudo se passa, portanto como se a CoA tivesse contribuído para anexar um grupo acetil ao ácido oxalacético, sintetizando o ácido cítrico. Cada ácido cítrico passará, em seguida, por uma via metabólica cíclica, denominada ciclo do ácido cítrico ou ciclo de Krebs, durante o qual se transforma sucessivamente em outros compostos.

Obs: Os oito hidrogênios liberados no ciclo de Krebs reagem com duas substâncias aceptoras de hidrogênio, o NAD e o FAD, que os conduzirão até as cadeias respiratórias, onde fornecerão energia para a síntese de ATP. No próprio ciclo ocorre, para cada acetil que reage, a formação de uma molécula de ATP.

Cadeia respiratória e liberação de energia: 

O destino dos hidrogênios liberados na glicólise e no ciclo de Krebs é um ponto crucial no processo de obtenção de energia na respiração aeróbica. Como vimos, foram liberados quatro hidrogênios durante a glicólise, que foram capturados por duas moléculas de NADH2. Na reação de cada ácido pirúvico com a coenzima A formam-se mais duas moléculas de NADH2. No ciclo de Krebs, dos oito hidrogênios liberados, seis se combinam com três moléculas de NAD, formando três moléculas de NADH2, e dois se combinam com um outro aceptor, o FAD, formando uma molécula de FADH2. Através de sofisticados métodos de rastreamento de substâncias, os bioquímicos demonstraram que os hidrogênios liberados na degradação das moléculas orgânicas e capturados pelos aceptores acabam por se combinar com átomos de oxigênio provenientes do O2 atmosférico. Dessa combinação resultam moléculas de água (H2O). Antes de reagirem como o O2, porém, os hidrogênios percorrem uma longa e complexa trajetória, na qual se combinam sucessivamente com diversas substâncias aceptoras intermediárias. Ao final dessa trajetória, os hidrogênios encontram seus parceiros definitivos, os átomos de oxigênio do O2. Esse conjunto de substâncias transportadoras de hidrogênio constitui a cadeia respiratória.

Se os hidrogênios liberados na degradação das moléculas orgânicas se combinassem direta e imediatamente com o O2, haveria desprendimento de enorme quantidade de energia em forma de calor, impossível de ser utilizada. Para contornar esse problema, as células utilizam um mecanismo bioquímico que permite a liberação gradual de energia. Tudo se passa como se os hidrogênios descessem uma escada, perdendo energia a cada degrau. Liberada em pequenas quantidades, a energia pode ser, então, utilizada na síntese de moléculas de ATP, a partir de ADP e fosfatos.

Aceptores de hidrogênio da cadeia respiratória: 

As moléculas de NAD, de FAD e de citocromos que participam da cadeia respiratória captam hidrogênios e os transferem, através de reações que liberam energia, para um aceptor seguinte. Os aceptores de hidrogênio que fazem parte da cadeia respiratória estão dispostos em sequência na parede interna da mitocôndria. O último aceptor de hidrogênios na cadeia respiratória é a formação de moléculas de ATP, processo chamado de fosforilação oxidativa. Cada molécula de NADH2 que inicia a cadeia respiratória leva à formação de três moléculas de ATP a partir de três moléculas de ADP e três grupos fosfatos como pode ser visto na equação a seguir:

1 NADH2 + ½ O2 + 3 ADP + 3P    ===>  1 H2O + 3 ATP + 1 NAD

Já a FADH2 formado no ciclo de Krebs leva à formação de apenas 2 ATP:

1 FADH2 + ½ O2 + 2 ADP + 2P  ===>   1 H2O + 2 ATP + 1 FAD

Mitose e Meiose

Caro aluno, nesta atividade você irá conhecer os Segredos da Transmissão da vida dos seres vivos e compreender os tipo de reprodução, aprender que meiose e mitose são formas de divisão celular e estão relacionadas à manutenção e reprodução dos organismos.

Você já parou para pensar que é através da reprodução que cada espécie garante sua sobrevivência e perpetuação através dos tempos? Através da reprodução há geração de novos indivíduos que substituem aqueles mortos por predadores, por doenças, ou mesmo por envelhecimento. Além disso, é através da reprodução que o indivíduo transmite suas características para seus descendentes. A grande diversidade de seres vivos reflete-se nas formas de reprodução dos organismos, para fins de estudo, são agrupados em dois tipos: a reprodução assexuada e a reprodução sexuada.

Temos ainda como parte importante da reprodução, o ciclo celular ou divisão celular que divide-se em mitose e meiose. O ciclo celular é o período que começa com o aparecimento de uma célula a partir da divisão de outra célula preexistente, e termina quando ela se divide em duas células-filhas. Ele se divide em duas fases: intérfase e divisão celular.

Os processos de divisão celular estão intimamente relacionados ao comportamento dos cromossomos, mas não é necessário conhecer detalhes da estrutura cromossômica para entender as divisões de uma célula, bastando saber que os cromossomos são estruturas filamentosas que podem se duplicar e se dividir. Esta capacidade se deve à molécula de um componente dos cromossomos, o ácido desoxirribonucléico (DNA), que você certamente, já ouviu falar sobre teste de paternidade. Uma das características mais interessantes do DNA é a autoduplicação, uma molécula de DNA inteira serve de molde para uma nova molécula de DNA, que acontece toda vez que uma célula se prepara para uma divisão.

É importante você saber também que, quando isto acontece, os cromossomos são praticamente invisíveis, porque estão descondensados sob a forma de fios finos e grânulos de cromatina. Condensam-se e tornam-se bem visíveis durante o próprio processo de divisão, porém, para efeito de melhor compreensão costuma-se representar os cromossomos da célula que vai entrar em divisão, por filamentos unitários ou simples, visíveis e contáveis.

Entenda que de acordo com o comportamento cromossômico, dois são os tipos de divisão celular: Mitose e meiose. Na mitose, formam-se duas células-filhas contendo cada uma o mesmo número de cromossomos da célula-mãe. Essa divisão celular é fundamental para os organismos pluricelulares. Ela garante o crescimento do organismo, serve para repor o desgaste natural das partes de tecidos e órgãos, como por exemplo: pele, o sangue e os ossos e atua nos processos de regeneração. Nos indivíduos unicelulares, tem por finalidade a formação de novos indivíduos, pois constitui um tipo de reprodução assexuada.

No outro tipo de divisão celular, a meiose, formam-se quatro células-filhas, contendo, cada uma, metade do número total de cromossomos presentes na célula-mãe.

Nos animais, a meiose ocorre para a formação das células sexuais ou gametas (espematozóides e óvulos) e nos vegetais para a formação dos esporos.

Para fins de estudo, os processos de divisão celular costumam ser divididos em

estágios. Entretanto, é importante observar que são processos contínuos, sem

interrupções entre um estágio e outro.

Vamos descrever então, os estágios do processo da mitose. Entre mitoses

sucessivas oorre um estágio, a intérfase, que não pertence ao fênomeno mitótico.

Durante a interfase, observa-se uma grande atividade metabólica. As células crescem,

o material genético (DNA) se duplica, formam-se novas organelas e a célula acumula

energia para continuar o processo.

Você pode observar na intérfase, que os cromossomos

são tão finos e estão tão separados que não podem ser visualizados individualmente.

Pode ser definida em três etapas: G1: sem atividade relacionada à divisão, S: ocorre a

duplicação do DNA e G2: sem atividade relacionada à divisão, antecede a mitose.

Entenda que após esta fase, inicia-se o processo mitótico propriamente dito e divide-se em quatro estágios: prófase,metáfase, anáfase e telófase. Isso ocorre nas nossas células diariamente (células da

pele, por exemplo), para reposição das células mortas. Por isso, acompanhe

atentamente a explicação de cada fase. Na Prófase, a célula está mobilizada para

entrar em ação: a cromatina condensa-se e pode-se observar as duas cromátides

ligadas pelo centômero (cromossomo); aparecimento de fibras protéicas no citoplasma, distribuídas de extremo a extremo da célula (forma de fuso); centríolos vão para os pólos do fuso; fibras protéicas se prendem aos centrômeros dos cromossomos; a carioteca rompe-se e o nucléolo desaparece. Na próxima fase, a metáfase, os cromossomos presos às fibras protéicas migram para o meio da célula, atingindo o máximo de condensação. Aqui os cromossomos podem ser facilmente visualizados, pois na metáfase eles atingem o máximo de sua condensação, ainda presos às fibras do fuso.

Continuando a divisão celular, observe o que ocorre na anáfase quando as cromátides se afastam e migram para pólos opostos, puxadas pelos centrômeros, devido ao encurtamento das fibras do fuso. Até o momento, a telófase é a última fase da divisão celular, da mitose. Vamos observar que nesta fase os cromossomos se descondensam, tornando-se invisíveis; os nucléolos reaparecem; duas novas cariotecas se reconstituem a partir das vesículas do retículo endoplasmático; fibras protéicas desaparecem; ocorre a citocinese (divisão do citoplasma); há a distribuição das demais estruturas celulares; formação de duas céulas-filhas.

Conseguiu entender as fases da divisão celular- A mitose? A mitose terminou e as células-filhas entram em intérfase, preparando-se para a próxima divisão celular.

É importante você compreender que cada espécie possuiu um número fixo de cromossomos. Na espécie humana, o número de cromossomos é de 46 ou 23 pares de cromossomos homólogos. Assim, no processo de divisão celular-mitose, uma célula com 46 cromossomos dá origem a duas células-filhas, também com 46 cromossomos cada uma.

Você gostou de entender como ocorre a reposição das células velhas do nosso corpo, através da divisão celular, a mitose?

Vamos agora compreender o processo da divisão celular, a meiose, na figura 4 da página 9. É um processo super importante para os seres vivos, com reprodução sexuada, como a espécie humana, pois essa divisão constitui-se num recurso que mantém constante o número característico de cromossomos de cada espécie. A meiose garante também a variação cromossômica, pois durante a prófase I, ocorrem recombinações entre as cromátides homólogas. Dessas recombinações surgem novos arranjos gênicos, que possibilitam o surgimento de novas característcas genéticas.

Observe e acompanhe as explicações do processo da meiose que consiste de duas etapas de divisão sucessivas: meiose I e a meiose II. Na meiose I os cromossomos homólogos se separam permanecendo em células diferentes (etapa reducional); na meiose II esses cromossomos se dividem e as cromátides se separam permanecendo em células diferentes, como acontece na mitose (etapa equacional).

Você deve compreender que a meiose é um tipo de divisão celular em que a célula-mãe (2n= 4) dá origem a quatro novas células com metade do número de cromossomos da célula inicial (n=2).

Observe na figura , que a meiose é um processo reducional de divisão. A célula que tem todos os cromossomos característicos da espécie recebe o nome de diplóide (2n) e são as células somáticas que formam todo o corpo; a célula com metade dos cromossomos da espécie recebe o nome de haplóide (n) e são os gametas responsáveis pela reprodução.

No caso da espécie humana, a célula-mãe tem 46 cromossomos (diplóide), e as células-filhas terão 23 cromossomos cada (haplóide). As células haplóides resultantes da meiose correspondem, em regra geral, aos gametas nos animais, espermatozóides e os óvulos, e aos esporos, nos vegetais, cujo tipo de reprodução é sexuada. O esporo vegetal não corresponde ao gameta animal, mas ambos são células haplóides.

Como na mitose, você observa na figura 6 da página 11, que a meiose é

dividida, em estágios. Os nomes são os mesmos da mitose, mas seguidos de I ou II,

indicando a primeira ou a segunda divisão.

O DNA duplica-se na intérfase que precede a primeira divisão. Pode existir uma

espécie de intérfase entre a primeira e a segunda divisão, é a intercinese. Porém neste

período o DNA não se duplica.

Vamos acompanhar as explicações relativas à meiose I, ao iniciar a prófase I, os

cromossomos já se encontram duplicados, sendo formado por duas cromátides. A

prófase I é semelhante à prófase da mitose (centríolos migram para os pólos da célula,

cromossomos se condensam, nucléolo e carioteca desaparecem, formação do fuso

constituído de fibras proteícas). Esta fase costuma ser dividida em cinco estágios:

leptóteno, zigóteno, paquíteno, diplóteno, diacinese. Você pode observar o

comportamento dos cromossomos na figura 6 da página 11, em cada uma dessas

fases. Observe que no Leptóteno os cromossomos são visíveis, finos e enovelados;

apesar de estarem duplicados desde a interfáse, ainda não é evidente a sua

duplicação. Veja também que no Zigóteno, cada cromossomo

continua a se condensar e faz par com seu homólogo. Atraem-se, emparelham-se

ponto a ponto, como um “ziper”. Este pareamento é conhecido como sinapse. O

nucléolo começa a desaparecer, mas ainda é visível. No Paquíteno, veja que os

cromossomos estão mais espessos, nos quais se pode visualizar as duas cromátides.

 Os 12cromossomos pareados mostram um total de quatro filamentos (cromátides); conjunto é uma tétrade; o nucléolo está desaparecendo.: 

Divisão celular meiose I

Observe que no Diplóteno, aos poucos os cromossomos se repelem, permancendo alguns pontos de contato (quiasmas) entre as cromátides homólogas; nos quiasmas ocorrem quebras e as cromátides trocam pedaços entre elas, processo chamado crossing-over ou permutação. Finalizando na Diacinese, observe que nesta fase os cromossomos estão mais condensados, ocorre a terminalização dos quiasmas, o nucléolo desaparece e os cromossomos pareados dirigem-se ao equador do fuso.Prófase: crossing over

Para você entender melhor o fenômeno do crossing-over na célula, observe na figura , um exemplo de trocas de pedaços de cromossomos, realizados entre o cromossomo A, a, B, b. Cada letra (A, B) representa uma característica genética no organismo.

Continuando a Divisão I da Meiose após a prófase I, que é uma fase longa, observe na figura da páas próximas fases da divisão celular que são: a Metáfase I na qual, os cromossomoss homólogos vão, aos pares, para a região equatorial da célula; as fibras se unem ao centômero das duas cromátides. Na Anáfase I os cromossomos homólogos separam-se, movendo-se para os pólos da célula, devido ao encurtamento das fibras o fuso. Na Telófase I os cromossomos atingem os pólos e descondensam-se; o fuso desaparece; a carioteca e nucléolo reaparecem; há formação de um nucléo em cada pólo da célula com (n) cromossomos, mas cada um deles constituídos por duas cromátides.

Terminada a primeira divisão ou meiose I, geralmente as células-filhas passam por um curto estágio de repouso, para entrar na prófase, da segunda divisão, é a Intercinese. Uma vez que a separação dos cromossomos homológos aconteceu na primeira divisão ou meiose I, na segunda divisão ou meiose II tudo se passa como na mitose. Observe a telófase II, na figura.

Meiose I

Meiose II

Quando termina a divisão II da meiose, os cromossomos reassumem sua forma

filamentosa. Dessa maneira, a partir da célula (2n) inicial são formadas quatro célulasfilhas,

todas (n) cromossomos. A finalidade da divisão II é apenas separar as

cromátides irmãs por divisão dos centrômeros.

Resumindo, a meiose I é precedida da síntese do DNA na intérfase; os

cromossomos homólogos, duplicados, separam-se, indo para células diferentes; o

centrômero não se divide. A meiose II não é precedida da síntese do DNA; os

centrômeros dividem-se, separando as cromátides (cromossomos-filhos); os

cromossomos-filhos vão para células diferentes. Assim, as consequências da divisão da

meiose são permitir uma varibilidade gênica, que você pode acompanhar, na figura 10.

Podemos concluir deste capítulo a importância da meiose, para os organismos

que se reproduzem sexuadamente, constitui-se num recurso que mantém constante o

número característico de cromossomos de cada espécie e a meiose também garante a

variação cromossômica, pois durante a prófase I ocorrem recombinações entre as

cromátides homólogas. Dessas recombinações surgem novos arranjos gênicos, que

poderão originar organismos diferentes dos genitores.