Respiração Celular Aeróbia A respiração celular é o processo pelo qual as fontes energéticas (carboidratos, etc.) são transformadas em uma molécula chamada ATP (trifosfato de adenosina), que fornece energia para as diversas atividades do organismo. O ATP é formado por 1 ADP (difosfato de adenosina) e 1 Pi (fosfato inorgânico), que são unidos com energia liberada nas diversas etapas da respiração celular, formando assim 1 ATP. Utilizaremos como exemplo a glicose, a principal fonte energética para a respiração celular. O processo da respiração celular aeróbia da glicose ocorre em três etapas: a Glicólise, o ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa. 1. Glicólise A Glicólise ocorre no citoplasma da célula e é a etapa anaeróbia da respiração celular, pois não necessita de oxigênio para ocorrer. o correr. Nela, a glicose (C6H12 O6) vai ser quebrada em 2 ácidos pirúvicos (C3H4O3) com um gasto de 2 ATPs para realizar a quebra porém gerando 4 ATPs ao final do processo, com um saldo positivo de 2 ATPs. Durante a quebra da glicose, serão liberados 4 elétrons e 4 íons H+. Esses 4 elétrons e 2 dos íons H+ serão absorvidos por 2 NAD+ (nicotinamida adenina dinucleotídio oxidada), que se tornarão 2 NADH (nicotinamida adenina dinucleotídio reduzida). Os outros dois H + ficam livres no citoplasma. Ao fim da glicólise, serão gerados 2 ATPs e 2 NADH. 2. Ciclo de Krebs Logo em seguida, 1 ácido pirúvico formado na glicólise entra na mitocôndria da célula, mais especificamente na matriz mitocondrial. Ao entrar na matriz mitocondrial, o ácido pirúvico reage com a coenzima A (CoA), se transformando em acetil-coenzima A (acetilCoA). No processo, é liberado 1 gás carbônico (CO2), além de 1 H + e 2 elétrons, que são captados por 1 NAD +, transformando-se em NADH. Em seguida começa o ciclo de Krebs, o acetilCoA reage com o ácido oxaloacetato, formando o citrato e liberando a coenzima-A para que esta reaja com outro ácido pirúvico. O citrato então passa por uma série de reações, nas quais são liberadas 2 CO2, e entrarão 1 GDP + Pi, 3 NAD + e 1 FADH (flavina adenina dinucleotídeo, outro aceptor de elétrons), que durante as reações serão transformadas em 1 GTP (que pode se tornar 1 ATP), 3 NADH e 1 FADH2. Ao fim do processo, o citrato se transforma novamente em oxaloacetato, para realizar outro ciclo de Krebs e o acetilCoA é extinto. Assim, cada ciclo de Krebs libera 2 CO 2, produz 1 ATP, 3 NADH e 1 FADH 2. Como cada glicose produz 2 ácidos pirúvicos, o ciclo de Krebs acontece duas vezes por glicose. Ao fim de 2 ciclos de Krebs, são liberados 4 CO2, e são produzidos 2 ATPs, 6 NADH e 2 FADH2 (além dos 2 NADH gerados no processo que antecede o ciclo de Krebs).
3. Cadeia Transportadora de Elétrons e Fosforilação Oxidativa Essa etapa da respiração celular ocorre na membrana interna da mitocôndria. Lá, os NADH e os FADH 2 têm seus elétrons atraídos pelo O2 no fim de uma cadeia de proteínas formada por 3 bombas de H + e 2 transportadores de elétrons. Os NADH e os FADH2 liberam seus elétrons na cadeia de proteínas e voltam a ser NAD+ e FADH para serem reutilizados em novas respirações celulares. Os elétrons liberados passam pelas bombas de H+ e pelos transportadores de elétrons, bombeando íons H + para o espaço intermembranar da mitocôndria até chegarem ao fim da cadeia onde se unem ao O 2 para formar H2O. Em seguida começa a Fosforilação Oxidativa. Os íons H+ bombeados para o espaço intermembranar da mitocôndria serão atraídos para a membrana interna e passarão através da proteína ATP Sintase, que funciona como uma espécie de motor. Ao passar pela ATP Sintase, cada H+ gera energia que será usada para unir 1 ADP + 1 Pi, formando 1 ATP. Os elétrons provenientes do NADH têm energia para bombear 3 H +, gerando assim 3 ATPs. Já os elétrons provenientes do FADH 2 tem energia para bombear 2 H+, gerando assim 2 ATPs. Logo, cada NADH gera 3 ATPs e cada FADH2 gera 2 ATPs. Ao fim do processo de respiração celular aeróbia, são gerados em torno de 30 a 38 ATPs.
Fermentação
É um processo para a geração de energia na forma de ATPs em um ambiente anaeróbio. Na fermentação, a fonte de energia (geralmente a glicose) é oxidada de maneira incompleta, gerando menos energia que a respiração celular aeróbia, onde a oxidação é completa. Na fermentação ocorre apenas a etapa da glicólise. Uma glicose é quebrada em 2 ácidos pirúvicos com o gasto de 2 ATPs, gerando um saldo positivo de 2 ATPs e 2 NADH. Em seguida, o ácido pirúvico é transformado em um produto da fermentação: 1. Etanol: Ocorre na fermentação alcoólica. O ácido pirúvico libera 1 CO 2 e ocorre o gasto de 1 NADH, transformando-se assim no Etanol 2. Ácido Láctico: Ocorre na fermentação láctica. Ocorre o gasto de 1 NADH para que o ácido pirúvico transforme-se em Ácido Láctico. Dessa forma, a fermentação é um processo no qual ocorre somente a glicólise, onde os ácidos pirúvicos são transformados em produtos da fermentação para que a glicólise possa ser concluída mais rapidamente, com a geração de 2 ATPs por glicólise.
Fotossíntese
A fotossíntese é um processo de produção de substâncias orgânicas a partir de CO2 e energia luminosa. Ela é um processo que se da de forma contrária a da respiração celular. Enquanto na respiração celular usa-se glicose e oxigênio como para produzir CO2, H2O e energia, na fotossíntese usam-se CO2, H2O e energia luminosa para produzir glicose e O 2. A fotossíntese ocorre nos cloroplastos, organelas semelhantes as mitocôndrias dos animais, porém, são das plantas. A fotossíntese ocorre em duas fases: 1. Fase Clara A fase clara da fotossíntese necessita de energia luminosa, como o nome já diz. Ela ocorre na membrana tilacóide dos cloroplastos. A energia luminosa é captada pelo Fotossistema 2 (PS2), um sistema captador de energia luminosa onde ficam as clorofilas. A energia luminosa energiza um elétron, que é transferido a uma proteína transportadora de elétrons, a proteína transporta os elétrons até uma bomba de íons H +, que usa a energia dos elétrons para bombear íons H+ do estroma para o interior do tilácoide. Em seguida o elétron vai para outra proteína transportadora de elétrons. Em seguida, no Fotossistema 1 (PS1), os elétrons também absorvem energia luminosa e ficam energizados. Esses elétrons do Fotossistema 1 são absorvidos por aceptores de elétrons próprios das plantas, os NADP +, que absorvem também íons H+ do estroma e se tornam NADPH. Depois disso, os elétrons que estão na segunda proteína transportadora de elétrons são transportados para o Fotossistema 1. Enquanto isso, no Fotossistema 2 ocorre a Fotólise da Água. A fotólise da água é o processo no qual moléculas de H2O são quebradas, formando íons H + e ½ O2 para substituir os elétrons perdidos do Fotossistema 2, reiniciando o processo. Ocorre então a segunda parte da fase clara. Os íons H + bombeados para o interior do tilacóide passam pela proteína ATP Sintase para chegar ao estroma novamente. Durante a passagem, os íons H+ liberam energia que une 1 ADP + 1 Pi e forma 1 ATP. A fase clara consome energia luminosa e água para produzir NADPH, O 2 e ATP. 2. Fase Escura A fase escura da fotossíntese ocorre no estroma e não necessita da presença de luz, ela consome apenas os produtos da fase clara para produzir fontes energéticas orgânicas como à glicose. A fase escura acontece através do chamado ciclo de Calvin-Benson. Nele, 6 CO2 reagem com 6 1,5-bifosfato de ribulose, durante a reação são gastos 12 ATPs, 12 NADPH, 6 ATPs, e o ciclo termina com a regeneração dos 6 1,5-bifosfato de ribulose e com a fabricação de 2 gliceraldeído-3-fosfato (PGAL). Esses 2 gliceraldeído-3-fosfato podem passar por um processo chamado neoglicogênese e formarem 1 glicose.
Cromossomos Cromossomos são filamentos de DNA condensados. Neles estão os genes, que são seqüências de DNA que contem informação para a produção de uma proteína através do RNA. Os cromossomos ficam normalmente descondensados no núcleo celular, se condensando em determinados momentos. O núcleo celular é composto por: - Carioteca: A membrana externa que envolve todo o núcleo. - Núcleolo: Um núcleo não envolto por membranas que tem papel na formação de RNA. - Cromatina: O DNA em si. É dividida em Eucromatina (DNA ativo) e Heterocromatina (DNA inativo). Existem dois tipos de cromossomos: - Autossômos: Possuem genes comuns a ambos os sexos. - Sexuais: Possuem genes específicos a um sexo. As células do corpo humano podem ser divididas em duas categorias pelo número de cromossomos presentes em seu núcleo. - Haplóides (n): Possuem metade dos cromossomos de uma espécie. Ex.: gametas. - Diplóides (2n): Possuem o dobro dos cromossomos de uma célula haplóide: um par homólogo de cada cromossomo do 1 ao 22 mais o par de cromossomos sexuais. Ex.: a maioria das células. Cariótipo são os cromossomos de um ser vivo. Os humanos possuem: - 23 pares de cromossomos. - 44 autossômos. - 2 sexuais. Aneuploidias são variações no número de cromossomos de uma espécie em determinado ser vivo. Essas variações muitas vezes causam aberrações genéticas. - Síndrome de Down (Trissomia do 21, 47 cromossomos) - Síndrome de Turner (45 cromossomos) - Síndrome de Klinefelter (47 cromossomos)
Divisão
Celular
A divisão celular é um processo no qual uma célula mãe se divide em duas células filhas. A divisão celular é feita em duas etapas, a Intérfase (~95% do tempo) e em seguida a Mitose ou a Meiose (~5% do tempo). - Interfáse É a fase preparatória da divisão celular, que antecede a Mitose ou a Meiose. É dividida em 3 subfases: - G1: Fase com intensa produção de proteínas, etc. - G0*: É um estado de células que não tendem a se multiplicar com freqüência. Essas células passam da subfase G1 para a G0 e retornam para a G1. Quando essas células são estimuladas a se reproduzirem (para reparar algum ferimento, por exemplo), elas saem da G0 e seguem para a S e assim por diante. - S: Fase onde ocorre a duplicação do DNA e dos centrossomos. - G2: Fase onde ocorre uma produção moderada de proteínas. Os centrossomos começam a migrar para as regiões polares opostas das células. - Mitose A mitose é a fase que ocorre logo após a interfase, é a divisão celular em si. Ela ocorre para o crescimento, reposição celular e formação de gametas em alguns vegetais. Ela é dividida em 4 subfases: - Prófase: Os cromossomos começam a se condensar; a carioteca se fragmenta; o nucléolo desaparece; e são formados os fusos mitóticos dos centrossomos. - Metáfase: Os cromossomos se condensam totalmente e se movem para a região equatorial da célula; e as fibras do fuso mitótico se ligarão aos cinetócoros das cromátides (cada um dos dois filamentos de DNA). - Anáfase: As cromátides serão separadas e serão levadas a pólos opostos da célula através do fuso mitótico. - Telofase: Os cromossomos se descondensam; surgem a carioteca e o nucléolo em cada um dos dois agrupamentos de cromossomos nos pólos da célula, gerando dois novos núcleos; e por fim a citocinese (a divisão citoplasmática em si). - Meiose A mitose é a fase que ocorre logo após a interfase, é a divisão celular em si. Ela ocorre para a formação dos gametas e dos esporos. Ela é dividida em metáfase I e metáfase II, que se dividem em prófase I e II, metáfase I e II, anáfase I e II e telófase I e II. - Meiose I Na meiose I, uma célula diplóide dá origem a duas células haplóides com cromossomos duplicados. A meiose I é dividida em: - Prófase I: Os cromossomos se condensam; ocorre a formação do fuso mitótico; os cromossomos homólogos se aproximam e seus braços se tocam em pontos denominados quiasmas e ocorre então o Crossing Over, onde o toque dos cromossomos homólogos realiza uma troca de fragmentos de DNA (permutação de genes). Em seguida os cromossomos homólogos começam a se separar e a prófase I termina com a separação total dos homólogos.
- Metáfase I: Na metáfase I, os cromossomos duplicados se movem para a região equatorial da célula e se associam a fibras do fuso mitótico. Cada par de cromossomos homólogos se associa a uma mesma fibra do fuso mitótico, de modo que os cromossomos homólogos ficam alinhados um em cima do outro na região equatorial da célula. - Anáfase I: As fibras do fuso mitótico se encurtam e os cromossomos homólogos se separam, cada cromossomo duplicado vai para um pólo da célula. - Telófase I: Os cromossomos se descondensam e ocorre o reaparecimento da carioteca e do nucléolo em cada agrupamento de cromossomos nos pólos da célula. Ocorre então a citocinese e a meiose I termina com a formação de 2 células haplóides. - Meiose II Na meiose II, cada célula haplóide gerada na meiose I vai dar origem a 2 novas células haplóides, totalizando 4 células haplóides. A meiose I é dividida em: - Prófase II: Os cromossomos se condensam novamente; a carioteca e o nucléolo desaparecem e ocorre a formação do fuso mitótico. - Metáfase II: Os cromossomos se movem para a região equatorial da célula e se associam as fibras do fuso mitótico. - Anáfase II: As fibras do fuso mitótico se encurtam e ocorre à divisão das cromátides irmãs, cada cromátide é puxada para um pólo da célula pelas fibras do fuso mitótico. - Telófase II: Os cromossomos se descondensam, a carioteca e o nucléolo reaparecem em cada um dos agrupamentos de cromossomos nos pólos da célula e ocorre a citocinese. No fim da meiose, 1 célula diplóide dará origem a 4 células haplóides.