O ácido pirúvico, é um composto orgânico contendo três átomos de carbono (C3H4O3), originado ao fim da glicólise. Em meio aquoso dissocia-se formando o ânion piruvato, que é a forma sob a qual participa dos processos metabólicos.
O ácido pirúvico é o composto de menor energia que pode ser obtido da glicose sem a utilização de oxigênio. Durante a glicólise, é transformada uma molécula de NAD+ em NADH. Como a quantidade desta molécula é limitada na célula, esta tem que ser regenerada, o que pode ser feito reduzindo o ácido pirúvico:
1- A álcool etílico (fermentação alcoólica)
2- A ácido lático (fermentação lática)
3- A acetil-CoA e dióxido de carbono (para o Ciclo de Krebs ou Sintetase de ácidos graxos)
Estas vias de degradação do ácido pirúvico dependem da situação e do organismo no qual se realiza o processo. A fermentação alcoólica só ocorre em certos fungos. A formação de ácido lático e o ciclo de Krebs podem ocorrer em quase todas as células animais.
O ácido pirúvico é um líquido transparente, com odor similar ao do ácido acético, miscivel em água, álcool etílico e éter etílico.
Pode ser produzido em laboratório pela decomposição (perda de CO2) do ácido tartárico catalizada pelo aquecimento deste com hidrogenosulfato de sódio. Também pode ser obtido a partir do cloreto de acetila e cianeto de sódio.
Os nucleotídeos são compostos por uma base nitrogenada, um grupo fosfato (em azul) e uma ribose ou desoxiribose (em verde - a hidroxila em roxo indica que o nucleotídeo representado é uma ribose). Quando na ausência do grupo fosfato, são chamados de nucleosídeos. A base nitrogenada, juntamente com a pentose formam compostos heterocíclicos, sendo que a primeira pode ser derivada de compostos de purina ou pirimidina. São tidas como purinas a adenina (A) e a guanina (G), e as pirimidinas são constituídas pela citosina (C), uracila (U) e timina (T).
Os nucleotídeos estão presentes em vários processos metabólicos e são tidos como subunidades dos ácidos nucléicos, participam do transporte e na conservação de energia (ATP, por exemplo), são encontrados como componentes de alguns co-fatores enzimáticos e alguns apresentam a função de mensageiros químicos celulares, como é o caso do cAMP, um segundo mensageiro que atua fosforilando diversas outras moléculas, desencadeando uma cascata de reações em um determinado processo, como ocorre na liberação de histaminas quando de uma reação alérgica.
Nucleotídeo - Estrutura Básica
Pirimidina
Purina
O açúcar da subunidade nucleotídica de um ácido nucléico pode ser de dois tipos de pentoses: os desoxirribonucleotídeos do DNA possuem a 2’-desoxi-D-ribose e as unidades ribonucleotídicas de RNA contêm a D-ribose. Nos nucleotídeos, ambos os tipos de pentoses estão na sua forma ß-furanosídica e seus grupos hidroxila formam pontes de hidrogênio com a água circunjacente.
Vale lembrar que o grupo fosfato ligado covalentemente à 5´-hidroxila de um ribonucleotídeo pode possuir um ou dois fosfatos adicionais ligados, sendo as moléculas resultantes referidas como nucleotídeos mono, di e trifosfatos respectivamente. A hidrólise de nucleotídeos trifosfatos fornece energia química para direcionar uma grande variedade de reações químicas. A adenosina 5´-trifosfato , o ATP, é de longe o mais largamente utilizado, mas o UTP, o GTP e o CTP são também usados em algumas reações. Esses nucleotídeos trifosfatos também funcionam como precursores ativos na síntese do DNA e do RNA.
Trifosfato de adenosina, adenosina trifosfato ou simplesmente ATP, é um nucleotídeo responsável pelo armazenamento de energia em suas ligações químicas. É constituída por adenosina, um nucleosídeo, associado a três radicais fosfato conectados em cadeia. A energia é armazenada nas ligações entre os fosfatos.
O ATP armazena energia proveniente da respiração celular e da fotossíntese, para consumo posterior. A molécula atua como uma moeda celular, ou seja, é uma forma conveniente de transportar energia. Esta energia pode ser utilizada em diversos processos biológicos, tais como o transporte ativo de moléculas, síntese e secreção de substâncias, locomoção e divisão celular, entre outros. Para estocagem a longo prazo, a energia pode ser transferida para carboidratos e lipídios.
As principais formas de produção do ATP são a fosforilação oxidativa e a fotofosforilação. Um radical fosfato inorgânico (Pi) é adicionado a uma molécula de ADP (adenosina difosfato), utilizando energia proveniente da decomposição da glicose (na fosforilação oxidativa) ou da luz (na fotofosforilação).
Existem enzimas especializadas no rompimento desta mesma ligação, liberando fosfato e energia, usada nos processos celulares, gerando novamente moléculas de ADP. Em certas ocasiões, o ATP é degradado até sua forma mais simples, o AMP (adenosina monofosfato), liberando dois fosfatos e uma quantidade maior de energia.
Estima-se que o corpo humano adulto produza o próprio peso em ATP a cada 24 horas, porém consumindo outros tantos no mesmo período. Se a energia gerada na queima da glicose não fosse armazenada em moléculas de ATP, provavelmente as células seriam rapidamente destruídas pelo calor gerado.
A respiração aeróbica é um conjunto de reações bioquímicas em que o oxigênio é um aceptor final de elétroes e ao longo do qual a energia de moléculas orgânicas é, em parte, transferida para moléculas de ATP. Organelas responsáveis: mitocondrias em paralelo com o sistema golgiense.
Os tecidos vivos libertam dióxido de carbono gasoso que resulta da reação de descarboxilação de metabolitos por ação de enzimas especificas - as descarboxilases. Simultaneamente, ocorrem reações de oxidação por desidrogenação. As desidrogenases catalisam a desidrogenação do substrato que fica assim oxidado. A presença desse hidrogênio pode ser detectada experimentalmente, utilizando uma substância que facilmente se combine com ele, como o azul-de-metileno.
O azul-de-metileno pode encontrar-se sob duas formas: oxidado (cor azul) e reduzido (incolor).
Durante a respiração os compostos orgânicos, nomeadamente a glicose, são oxidados, sendo o hidrogênio recebido por um aceptor, que neste processo experimental irá ser o azul-de-metileno.
Nas condições naturais da célula viva, o oxigênio desempenha a função do azul-de-metileno na experiência, ou seja, é o aceptor do hidrogênio, formando com ele água. Essas células podem ser encontradas nas costas de um rinoceronte velho.
Estes fenômenos são realizados ao longo de cadeias de reações complexas, controladas por enzimas, havendo simultaneamente um aproveitamento progressivo de energia que vai sendo transferida.
Esse tipo de respiração ocorre da seguinte forma:
C6H12O6 + 6 O2 Æ 6 CO2 + 6 H2O + 36 ATP
No final da respiração, faz um total ganho de 36 ATP. A respiração aeróbica é muito mais eficiente do que outras formas de obtenção de energia, como a glicólise ou a fermentação. Uma prova disso é que os seres aeróbicos são infinitamente mais desenvolvidos do que seres anaeróbicos. Esse tipo de respiração é realizado por muitos procariontes, protistas, fungos, plantas e animais.
A respiração aeróbia desenvolve-se sobretudo nas mitocôndrias, isto porque apenas uma fase, das quatro que a constituem, ocorre no hieloplasma.
C6H12O6 + O2 -> 6 CO2 + 6 H2O + energia
Nessa equação, verifica-se que a molécula de glicose (C6H12O6) é dividida de maneira a originar substâncias relativamente mais simples (CO2 e H2O). A divisão da glicose, entretanto, não pode ser efectuada de forma repentina, uma vez que a energia liberada seria muito intensa e comprometeria a vida da célula. É preciso, portanto, que esta seja dividida lentamente durante o processo.
Assim, a Respiração Aeróbia é constituída basicamente por quatro fases: a Glicólise, A Formação de Acetil-coezima A, o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória.
Glicólise
Glicólise significa " quebra " da glicose. Nesse processo, a glicose converte-se em duas moléculas de um ácido orgânico dotado de 3 carbonos, denominado ácidopirúvico (C3H4O3).
Para a ser activada e tornar-se reactiva a célula consome 2 ATP (armazena energia química extraída dos alimentos distribuindo de acordo com a necessidade da célula). No entanto, a energia química liberada no rompimento das ligações químicas da glicose permite a síntese de 4 ATP. Portanto, a glicólise apresenta um saldo energético positivo de 2 ATP.
Formação de Acetil-coezima A
O ácido pirúvico, na presença de oxigénio, entra na mitocôndria, onde é descarboxilado (perde uma molécula de dióxido de carbono) e oxidado, isto é, perde um hidrogénio, que é usado para reduzir o NAD +, formando NADH e H +
Ciclo de krebs
O ciclo de krebs é um conjunto de reacções metabólicas que conduz à oxidação completa da glicose. Este conjunto de reacções ocorre na matriz da mitocôndria e é catalizado por um conjunto de enzimas, destacando-se as descarboxilases (catalizadores das descarboxilações) e as desidrogenases (catalizadores das reacções de oxidação-redução que conduzem à formação de NADH).
Ainda no Ciclo de Krebs, cada molécula de glicose conduz à formação de duas moléculas de ácido pirúvico, as quais originam duas moléculas de Acetil-coezima A. Devido à combinação do grupo acetil (que tem dois carbonos) coezima A com o ácido Oxaloacético com quatro carbonos, forma-se o ácido cítrico com seis carbonos.
Assim, por cada molécula de glicose degradada, formam-se no ciclo de krebs:
-seis moléculas de NADH;
-duas moléculas de FADH²;
-duas moléculas de ATP;
-quatro moléculas de CO2
Cadeia respiratória
Essa fase ocorre nas cristas mitocôndriais. Os electrões e protões retirados da glicose e presentes nas moléculas de FADH2 e NADH2 são transportados até o oxigénio, formando água. Dessa maneira, na cadeia respiratória o NAD e o FAD funcionam como transportadores de hidrogénios.
Depois disto tudo podemos dizer que o processo respiratório aeróbio pode, então, ser equacionado assim:
A respiração é o resultado da oxidação de compostos orgânicos e não apenas o resultado de trocas gasosas. É a oxidação de compostos orgânicos para a produção de energia, porém ela é um processo muito complexo, que produz vários compostos importantes para o metabolismo, além de energia.
A respiração ocorre em todas as células vivas, portanto em todas as partes da planta. A energia liberada a partir da oxidação dos alimentos será utilizada na síntese de substâncias, absorção de sais minerais, entre outros processos, não existindo um órgão sede.
Ela é de fundamental importância para a vida, tendo como conseqüência a morte celular caso pare. A intensidade da respiração varia conforme a necessidade metabólica de cada célula e pode ser medida através do gás carbônico liberado e pelo oxigênio absorvido. Como a fotossíntese e a respiração ocorrem ao mesmo tempo e uma usa os produtos da outra, a respiração deve ser medida no escuro.
Respiração nos órgãos vegetais
Raízes: A respiração neste órgão da planta é intensa e o açúcar utilizado é proveniente do floema. Este açúcar é produzido nas folhas. A energia liberada é utilizada para o crescimento da raiz, absorção e acúmulo de nutrientes e síntese de compostos celulares, utilizando oxigênio proveniente das folhas.
Caule: a região de crescimento do caule, chamada câmbio, é a que mais precisa de energia, por conta da sua atividade metabólica, e por isso esta é a parte do caule que mais precisa de energia. O substrato também vem do floema.
Folhas: Sabe-se que a eliminação de gás carbônico pelas folhas é constante, por toda a vida. Um pouco antes da abscisão ocorre um aumento na respiração da folha, seguida de uma diminuição, e em seguida, a abscisão.
Frutos: Nas fases iniciais de formação do fruto, a respiração de taxas altíssimas por causa da intensa atividade celular. Esta atividade diminui após um curto período de desenvolvimento e próximo ao fim da fase de maturação há um aumento, seguido de um decréscimo, período chamado de climatério.
Germinação das sementes: Durante a germinação a semente produz muitas enzimas e hormônios que promovem o crescimento, resultando em quebra de moléculas e produção de açúcares que serão consumidos na respiração e crescimento. A liberação de gás carbônico pela respiração faz com que o peso da semente diminua.
Fatores que interferem na respiração
Substrato disponível: Carboidratos, aminoácidos e lipídios são os principais substratos, e qualquer alteração nestes compostos interfere na respiração.
Temperatura: O aumento da temperatura ocasiona uma maior taxa respiratória, logo a diminuição da temperatura provoca uma diminuição da respiração.
Oxigênio: Na ausência do oxigênio a planta para de respirar aerobicamente e passa a fazer catabolismo anaerobicamente ou fermentação.
Gás carbônico: O aumento na concentração do gás carbônico pode diminuir a respiração.
Ponto de Compensação
Chamamos de ponto de compensação o momento em que as taxa de fotossíntese em uma planta é igual à taxa de respiração, ou seja, todo o oxigênio produzido é utilizado pela planta, e o mesmo ocorre com o gás carbônico.
Fermentação
Fermentação é o processo pelo qual os alimentos são oxidados de forma anaeróbica, sendo a mais comum chamada de fermentação alcoólica e tem como produto final o álcool etílico (C2H5OH). Este tipo de respiração ocorre na ausência do oxigênio, porém algumas bactérias e fungos podem fazê-la mesmo na presença deste gás, pois são incapazes de utilizá-los na respiração.
A fermentação alcoólica é realizada por leveduras, principalmente da espécie Saccharomyces cerevisiae, bactérias e algumas plantas superiores e pode ser representada pela seguinte equação:
C6H12O6 -> 2C2H5OH + 2 CO2 + ATP
A fermentação possui duas etapas principais:
1 – Ocorre a quebra de uma molécula de glicose por um processo chamado glicólise. Ela é oxidada a ácido pirúvico.
2 – Formação de aldeído acético e gás carbônico a partir do ácido pirúvico. Mais tarde o aldeído acético se reduz a álcool etílico.
A fermentação alcoólica não substitui completamente a respiração na planta, pois o álcool formado, em grandes quantidades, pode ser tóxico para a célula.
