Metabolismo e Energia

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*Metabolismo e Energia**
* **P: O que é metabolismo?**
 * R: É a colaboração de diversas reações químicas para a **construção (anabolismo)** ou 
**quebra (catabolismo)** de moléculas [1].
* **P: Diferencie anabolismo e catabolismo.**
 * R: **Anabolismo** constrói moléculas (ex: glicose por fotossíntese); **Catabolismo** 
quebra moléculas (ex: glicólise para energia) [1].
* **P: Qual é a molécula-chave para fornecer energia nas células?**
 * R: A **adenosina trifosfato (ATP)** [1].
* **P: Como o ATP libera uma grande quantidade de energia?**
 * R: Pela **hidrólise** da molécula, não apenas pela perda de um fósforo [1].
* **P: O que é homeostase celular?**
 * R: O **equilíbrio dinâmico** entre as reações anabólicas e catabólicas [1].
### **Mitocôndrias**
* **P: Qual é a função principal das mitocôndrias?**
 * R: São as organelas responsáveis pela **respiração celular**, onde produzem **ATP** a 
partir de oxigênio e moléculas energéticas como carboidratos [2, 3]. São a "fábrica de energia" 
das células [3].
* **P: Como é a estrutura básica da mitocôndria?**
 * R: Possuem **duas membranas** (interna e externa), **espaço intermembranar** e 
**matriz mitocondrial** [2, 4, 5]. A membrana interna tem dobras chamadas cristas [6].
* **P: Onde as moléculas de ATP são produzidas dentro da mitocôndria?**
 * R: Na **matriz mitocondrial** [4].
* **P: Qual é a teoria mais aceita para a origem das mitocôndrias?**
 * R: A **Teoria da Endossimbiose**, que sugere que uma bactéria aeróbica foi fagocitada por 
uma célula eucarionte anaeróbica e passou a viver em simbiose, tornando-se uma organela 
[7-9].
* **P: Quais são as evidências que corroboram a teoria da endossimbiose para as 
mitocôndrias?**
 * R: A presença de **DNA próprio** nas mitocôndrias, similar ao DNA bacteriano, e cópias de 
genes mitocondriais parecidos com os de bactérias dentro do núcleo das células eucariontes [7, 
9]. Além disso, as mitocôndrias possuem **capacidade de autoduplicação** [9].
* **P: Qual a origem da mitocôndria em um organismo?**
 * R: As mitocôndrias são de **origem materna** [7].
* **P: Existem eucariontes sem mitocôndrias? Explique com um exemplo.**
 * R: Sim, a espécie eucarionte **Monocercomonoides**, encontrada no intestino de 
chinchilas, é a primeira espécie eucarionte descoberta sem mitocôndrias [3, 8, 9]. Eles vivem em 
ambientes pobres em oxigênio, onde as mitocôndrias não fariam falta [10, 11].
* **P: Como os Monocercomonoides produzem energia sem mitocôndrias?**
 * R: Utilizam um sistema alternativo onde a **glicose é fosforilada** em uma via estendida da 
**glicólise**, produzindo ATP [12].
* **P: O que são hidrogenossomos?**
 * R: Organelas presentes em alguns protozoários e fungos que vivem em ambientes sem O2. 
Produzem energia através da **degradação de ácido pirúvico ou málico**, liberando H2, CO2 e 
ácido acético. Acredita-se que sejam **descendentes das mitocôndrias** pois também possuem 
DNA próprio e se autoduplicam [13].
* **P: O que são mitossomos?**
 * R: Bolsas minúsculas delimitadas por duas membranas lipoproteicas, encontradas em 
alguns protozoários anaeróbicos como a ameba. Não produzem ATP diretamente, mas são o 
local de produção de **complexos de ferro e enxofre, necessários para gerar ATP** [11, 14].
### **Respiração Celular Aeróbica**
* **P: Qual é a definição da respiração celular aeróbica?**
 * R: É o processo que promove a **desmontagem completa da molécula de glicose** até CO2 
e H2O, transferindo a energia liberada para moléculas de ATP [14, 15].
* **P: Qual é a equação geral da respiração aeróbica?**
 * R: **1 C6H12O6 + 6O2 + 38 ADP + 38 P → 6 CO2 + 6H2O + 38 ATP** [15].
* **P: Quais são as três etapas da respiração aeróbica?**
 * R: **Glicólise, Ciclo de Krebs** e **Cadeia Respiratória** [15].
* **P: Onde ocorre a glicólise e qual seu saldo de ATP?**
 * R: Ocorre no **hialoplasma (citoplasma)** da célula. Produz 4 moléculas de ATP, mas 
**consome 2 ATPs**, resultando em um **saldo final de 2 ATPs** [15-17].
* **P: Qual a função do NAD (nicotinamida – adenina – dinucleotídeo) na respiração?**
 * R: É uma coenzima transportadora de energia, que **captura elétrons e hidrogênios** (se 
transformando em NADH) liberados durante as reações metabólicas, e os leva para a 
mitocôndria para produção de ATP [16, 18].
* **P: Onde ocorre o Ciclo de Krebs?**
 * R: No **interior das mitocôndrias**, especificamente na **matriz mitocondrial** [19].
* **P: Quais são as principais reações que ocorrem no Ciclo de Krebs e qual seu saldo de ATP?
**
 * R: **Desidrogenações** (remoção de hidrogênios, recolhidos pelo FAD para formar 
FADH2), **descarboxilações** (remoção de CO2) e formação de ATP. Libera energia suficiente 
para a formação de **2 ATPs** [6, 19].
* **P: Onde ocorre a Cadeia Respiratória e quais são seus componentes principais?**
 * R: Ocorre nas **cristas mitocondriais** e é formada por **citocromos** (proteínas 
aceptoras de elétrons) [6].
* **P: Qual é o aceptor final de elétrons na cadeia respiratória aeróbica e o que ele forma?**
 * R: O **oxigênio molecular (O2)**, que, junto com os íons H+, forma **moléculas de água** 
[20].
* **P: O que é estresse oxidativo e como ele se relaciona com a respiração celular?**
 * R: É uma condição de **desequilíbrio** entre a produção e eliminação de **radicais livres** 
nas células, resultando em lesões oxidativas relacionadas ao envelhecimento [3]. A respiração 
celular é a **principal via de produção de radicais livres** em condições normais [21].
### **Fermentação**
* **P: O que é fermentação?**
 * R: É um processo de **formação de ATP** através da **quebra da glicose em dois piruvatos 
(glicólise)**, que ocorre no citoplasma da célula, sem a necessidade de mitocôndrias [17, 22]. É 
uma forma de obter energia **sem utilizar oxigênio** como aceptor final de hidrogênios [10].
* **P: Quais as principais diferenças entre fermentação e respiração aeróbica?**
 * R: Na fermentação, o ácido pirúvico é transformado em outras substâncias **no próprio 
citoplasma**, e não nas mitocôndrias, e **não utiliza oxigênio** [10, 22].
* **P: Cite dois tipos de fermentação e seus produtos.**
 * R:
 * **Fermentação Alcoólica:** Produz **álcool etílico (etanol)** e CO2. Realizada por 
leveduras (fungos) e utilizada na produção de bebidas alcoólicas e pães [22, 23].
 * **Fermentação Lática:** Produz **ácido lático**. Realizada por bactérias (usada na 
produção de queijos e iogurtes) e pelos nossos músculos esqueléticos na ausência de oxigênio 
(pode causar cãibras) [22, 23].
 * Outros tipos incluem a **Fermentação Acética** (produz ácido acético para vinagre) e 
**Butírica** (produz ácido butírico, que rança a manteiga) [22].
### **Fotossíntese**
* **P: O que é fotossíntese?**
 * R: É o processo pelo qual a **energia luminosa é captada e convertida em energia 
química** para a produção de glicose (compostos orgânicos) e O2, utilizando CO2 e H2O 
[24-27].
* **P: Qual a organela responsável pela fotossíntese em eucariontes?**
 * R: Os **cloroplastos**, que contêm o pigmento clorofila [24, 28].
* **P: Onde a clorofila se localiza dentro do cloroplasto?**
 * R: Nas membranas dos **tilacoides**, que são bolsas discoidais achatadas e empilhadas 
(granum) [24, 25].
* **P: Qual a origem do gás oxigênio (O2) liberado na fotossíntese de vegetais e algas?**
 * R: Da **molécula de água (H2O)** [29-31].
* **P: Quais são as duas etapas da fotossíntese?**
 * R: **Fase Clara (Fotoquímica)** e **Fase Escura (Química)** [32, 33].
* **P: O que acontece na Fase Clara da fotossíntese?**
 * R: Depende da luz. A clorofila absorve energia luminosa, **perde elétrons**, ocorre a 
**fotólise da água** (liberando O2, elétrons e H+), e a energia é convertida em **ATP e 
NADPH2** [31-34].
* **P: O que acontece na Fase Escura dafotossíntese?**
 * R: Não depende diretamente da luz. A **energia (ATP e NADPH2)** produzida na fase clara 
é usada para **incorporar átomos de carbono do CO2** em moléculas orgânicas (como a 
glicose) através do **Ciclo de Calvin** [33, 35]. Ocorre no **estroma** dos cloroplastos [35].
* **P: Cite as principais características das plantas C3, C4 e CAM.**
 * R:
 * **C3:** Maioria das espécies terrestres, formam ácido 3-fosfoglicérico. Elevadas taxas 
de fotossíntese em baixa radiação solar, **esbanjadoras de água** [35, 36].
 * **C4:** Formam ácido oxalacético (4 carbonos). Alta afinidade com CO2, sobrevivem em 
**ambientes áridos**, mais econômicas no uso da água, atingem taxas máximas de fotossíntese 
sob **elevada radiação solar** ("plantas de sol") [36, 37].
 * **CAM:** As mais econômicas no uso da água. Ocorrem em **áreas desérticas**. Abrem 
os estômatos à **noite** para fixar CO2 (via ácido málico) e os fecham durante o dia para 
realizar a fotossíntese com o CO2 fixado [38].
* **P: O que é o Princípio de Blackman em relação aos fatores limitantes da fotossíntese?**
 * R: Afirma que a **velocidade do processo é limitada pelo fator de menor intensidade** 
quando influenciado por vários fatores que atuam isoladamente [39].
* **P: Cite alguns fatores limitantes internos da fotossíntese.**
 * R: Disponibilidade de **pigmentos fotossintetizantes** (clorofila), disponibilidade de 
**enzimas e cofatores**, e número de **cloroplastos** [28].
* **P: Cite alguns fatores limitantes externos da fotossíntese.**
 * R: **Concentração de CO2** no ar, **temperatura**, **intensidade luminosa** e 
**comprimento de onda** da luz [40, 41].
* **P: O que é o Ponto de Compensação Fótico (ou Luminoso)?**
 * R: É a **intensidade luminosa** na qual a **taxa de fotossíntese é exatamente igual à taxa 
de respiração celular** [42, 43]. Nesse ponto, as trocas gasosas entre a planta e o ambiente são 
nulas (o O2 liberado é consumido, e o CO2 liberado é consumido), e o saldo energético da planta 
é zero [42, 43].
### **Quimiossíntese**
* **P: O que é quimiossíntese?**
 * R: É um processo autotrófico de **produção de energia química**, convertida da energia de 
ligação de **compostos inorgânicos oxidados**. Essa energia é empregada na produção de 
**compostos orgânicos e O2** a partir de CO2 e H2O [44-46]. Ocorre na **ausência de energia 
solar** [45].
* **P: Quais são as duas etapas básicas da quimiossíntese?**
 * R: 1) **Oxidação de composto inorgânico** para gerar energia química; 2) Uso da **energia 
química, CO2 e H2O para produzir compostos orgânicos e O2** [45, 47, 48].
* **P: Cite exemplos de organismos que realizam quimiossíntese.**
 * R: Algumas espécies de **bactérias e arqueobactérias**, como **ferrobactérias, 
nitrobactérias (nitrossomonas e nitrobacter)** e **sulfobactérias** [45, 46, 49, 50].
* **P: Como as nitrobactérias contribuem para o ciclo do nitrogênio?**
 * R: Elas oxidam compostos de nitrogênio para gerar energia. As **nitrossomonas** oxidam 
amônia (NH3) em nitrito (NO2-), e as **nitrobacter** oxidam nitrito (NO2-) em nitrato (NO3-) 
[47-50]. O nitrato é então absorvido pelas plantas para a elaboração de aminoácidos, essenciais 
para a nutrição de outros seres vivos [47, 48, 50].
* **P: Qual a importância da quimiossíntese em ambientes como as chaminés hidrotermais?**
 * R: Em ambientes hostis e sem luz como as chaminés hidrotermais, a quimiossíntese 
realizada por diversas bactérias serve como a **base para a cadeia alimentar de todo um 
ecossistema das profundezas** [51, 52].
### **Fotossíntese Artificial**
* **P: Qual o objetivo da fotossíntese artificial?**
 * R: Captar **dióxido de carbono (CO2)** da atmosfera e convertê-lo em **energia solar 
(combustível)**, contribuindo para **amenizar o efeito estufa** [27, 52-54].
* **P: Qual o nome e o material da estrutura utilizada para a fotossíntese artificial?**
 * R: É chamada de **MOF (metal-organic framework)** e é feita de **titânio** [53].
* **P: Como a MOF funciona?**
 * R: As "antenas" da MOF **captam a luz visível** e o CO2 é transformado em moléculas de 
**formiato e formamida**, que são tipos de combustível solar [53].
### **Biolixiviação**
* **P: O que é biolixiviação e qual sua aplicação?**
 * R: É uma técnica que utiliza **microrganismos para isolar metais** presentes em rochas de 
rejeito da mineração, permitindo a extração de metais valiosos e a **redução da contaminação 
ambiental** [55].